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Introducción a los sistemas de control

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Introducción a los sistemas de control

  1. 1. INTRODUCCIÓN A LOSSISTEMAS DE CONTROL Ing. Alejandra Escobar Instrumentación y Control. Unidad I
  2. 2. Sistemas de Control Los sistemas de control tienen una larga historia que comenzó con el deseo primordial de los seres humanos de dominar los materiales y las fuerzas de la naturaleza en su provecho. Los primeros ejemplos de dispositivos de control incluyen los sistemas de regulación de relojes y los mecanismos para mantener los molinos de viento orientados en la dirección del viento. Las plantas industriales modernas poseen sofisticados sistemas de control que son cruciales para su correcta operación. I Instrumentación y Control. Unidad
  3. 3. ¿Dónde se usa Control? Procesos industriales.  Instrumentación. Generación de  Barcos. energía.  Artefactos Transporte. electrónicos. Transmisión de  Aviones. energía.  Economía. Autos.  Naves espaciales. Mecatrónica.  Medicina. Un mejor control es la clave tecnológica para Trenes.lograr productos de mayor calidad, minimización de desperdicios, protección del medio ambiente, mayor rendimiento de la capacidad instalada y mayores márgenes de seguridad. Instrumentación y Control. Unidad I
  4. 4. Definiciones Básicas Instrumentación y Control. Unidad I
  5. 5. Sistema Un sistema es una combinación de componentes que actúan juntos y realizan un objetivo determinado. Un sistema no necesariamente es físico. Se aplica a fenómenos abstractos y dinámicos. (sistemas económicos) Implicación físicos, químicos, biológicos, económi cos y similares. Instrumentación y Control. Unidad I
  6. 6. Proceso Operación o un desarrollo de natural progresivamente continuo, marcado por una serie de cambios graduales que se suceden uno al otro en forma relativamente fija y que conduce a un resultado o propósito determinado. Operación artificial o voluntaria progresiva que consiste en una serie de acciones o movimientos controlados sistemáticamente dirigidos hacia un propósito determinado.Instrumentación y Control. Unidad I
  7. 7. Plantas Parte de un equipo, o partes de máquinas que funcionan juntas, las cuales ejecutan una operación particular para el logro de un fin. Instrumentación y Control. Unidad I
  8. 8. Variables Variable Controlada: cantidad o condición que se mide o controla. Variable Manipulada: cantidad o condición que el controlador modifica para afectar el valor de la variable controladaPerturbación Señal que tiende a afectar adversamente el valor deseado. Puede generarse dentro del sistemas o ser externa. Instrumentación y Control. Unidad I
  9. 9. Estabilidad Capacidad de un instrumento para mantener su comportamiento durante su vida útil y de almacenamiento de datos especificados.Controlar Medir el valor de la variable controlada y aplicar la variable manipulada del sistema para corregir o limitar una desviación del valor Instrumentación y Control. Unidad I
  10. 10. Acción de Control Verificación para garantizar que ocurra lo que se desea y obtener lo requerido.Sistemas de Control Conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado par reducir las probabilidades de fallos y obtener buenos resultados. Instrumentación y Control. Unidad I
  11. 11. Clasificación de losSistemas de Control Sistema de control de lazo abierto: es aquel en el cual la acción de control es independiente de la salida. Sistema de control de lazo cerrado: es aquel en el cual la acción de control depende, de alguna manera de la salida. Instrumentación y Control. Unidad I
  12. 12. Control de Realimentación Operación que, en presencia de perturbaciones, tiende a reducir la diferencia entre la salida y la entrada de referencia de un sistema.Sistema de Control deRealimentación Aquel que tiende a mantener una relación preestablecida entre la salida y la entrada de referencia, comparando ambas y utilizando la diferencia como parámetro de control. Instrumentación y Control. Unidad I
  13. 13. Sistema de regulaciónautomática Es un sistema de control realimentado en el que la entrada de referencia o la salida deseada son, o bien constantes, o varían lentamente en el tiempo, y donde la tarea fundamental consiste en mantener la salida en el valor deseado a pesar de las perturbaciones. Instrumentación y Control. Unidad I
  14. 14. Control en Lazo Abierto Los sistemas de control de lazo abierto son sistemas de control en los que la salida no tiene efecto sobre la acción de control. No existe acción de realimentación, para comparación de la señal de salida con la entrada de referencia, ni por tanto es necesario la medida de la variable de salida. Instrumentación y Control. Unidad I
  15. 15. Control en Lazo Abierto Para cada entrada de referencia corresponde una condición de operación fijada. La exactitud del sistema depende de la calibración. En presencia de perturbaciones no cumple su función asignada. Solo se debe usar cuando se conoce la relación entre la entrada y salida del sistema, y si no hay perturbaciones ni internas ni externas. Ejemplos: lavadora, control de tráfico por tiempos, etc. Instrumentación y Control. Unidad I
  16. 16. Control en Lazo Cerrado Es aquel en el que la señal de salida tiene efecto directo sobre la acción de control El término “lazo cerrado” implica el uso de acción de realimentación para reducir el error del sistema Instrumentación y Control. Unidad I
  17. 17. Lazo Abierto vs Lazo Cerrado En lazo cerrado, el uso de realimentación hace al sistema relativamente insensible a perturbaciones externas, y a variaciones internas de parámetros del sistema. En lazo abierto la estabilidad es más fácil de lograr. En lazo cerrado la estabilidad constituye un problema importante: se producen oscilaciones.  Lazo abierto: sistemas con entradas conocidas previamente y sin perturbaciones.  Lazo cerrado: si se presentan perturbaciones no previstas y variaciones impredecibles de Instrumentación y Control. Unidad I
  18. 18. Diagrama de Bloques Un diagrama de bloques es un representación gráfica y abreviada de la relación causa y efecto entre la entrada y la salida de un sistema físico. Proporciona un método útil y conveniente para caracterizar las relaciones funcionales entre los diversos componentes de un sistema de control. Instrumentación y Control. Unidad I
  19. 19. Componentes de unDiagrama de Bloques Bloque: El interior del rectángulo que representa el bloque, usualmente contiene la descripción o el nombre del elemento, o el símbolo de la operación matemática que se va a efectuar sobre la entrada para producir la salida. Flechas: representan la dirección de la información o el flujo de la señal. Instrumentación y Control. Unidad I
  20. 20. Componentes de unDiagrama de Bloques Punto de suma: representa las operaciones de adición y sustracción, con el signo apropiado mas o menos, asociado con las flechas que entran al circulo. La salida es la suma algebraica de las entradas. Punto de toma o punto de reparto: Es aquel que se usa para hacer que la misma señal o variable sea una entrada a más de un bloque. Este permite que la señal prosiga inalterada por diferentes trayectorias a varios destinos. Instrumentación y Control. Unidad I
  21. 21. Componentes de unDiagrama de Bloques Instrumentación y Control. Unidad I
  22. 22. Ejemplo. Lazo AbiertoSe observa la característica o variable específica delsistema, la salida que se desea controlar, se conocecomo variable controlada, en tanto que lacaracterística o variable que se determina por mediode la acción de control se conoce como entrada decontrol. Instrumentación y Control. Unidad I
  23. 23. Ejemplo. Lazo CerradoEn todos los casos existe un instrumento de medición(sensor) o elemento de realimentación que mide lavariable de salida o del sistema que interesa ytransmite la medida a un controlador. Este compara laseñal con el valor deseado, y envía las instruccionespertinentes al mecanismo actuador, que a su vezactúa sobre el sistema u objeto Instrumentación y Control. Unidad I de control.
  24. 24. Reducción de Diagramasde Bloque Es la simplificación (obtención) de la función de trasferencia que describe todo el proceso en estudio. Función de Trasferencia: esta se define como una relación entrada – salida y representa la relación que describe la dinámica del sistema bajo consideración. Instrumentación y Control. Unidad I
  25. 25. Forma Canónica de unsistema se control a LazoCerrado R(s) = entrada C(s) = salida G(s) = Función de transferencia directa H(s) = Función de transferencia de realimentación G(s).H(s) = Función de transferencia de lazo abierto C(s)/R(s) = Función de transferencia de lazo cerrado E(s)/R(s) = relación de error Instrumentación y Control. Unidad I
  26. 26. Teoremas para la Transformaciónde Diagramas de Bloques Instrumentación y Control. Unidad I
  27. 27. Teoremas para la Transformaciónde Diagramas de Bloques Instrumentación y Control. Unidad I
  28. 28. Pasos para la Reducción deDiagramas de BloquesPaso1: Combinar todos los bloques en cascada usando la transformación 1.Paso2: Combinar todos los bloques en paralelo.Paso3: Eliminar todos los lazos menores de realimentación usando la transformación 6.Paso4: Desplazar los puntos de suma hacia la derecha o a la izquierda, y/o los puntos de toma hacia la derecha o a la izquierda del lazo principal usando la transformaciones indicadas.Paso5: Repetir los pasos del 1 al 5 para cada una de las entradas según sea necesario. Instrumentación y Control. Unidad I
  29. 29. Ejemplo…Reducir el siguiente diagrama de bloquesa una forma canónica Instrumentación y Control. Unidad I
  30. 30. Del Diagrama de Bloques alDiagrama de Flujo Instrumentación y Control. Unidad I
  31. 31. Formula de Masson Instrumentación y Control. Unidad I

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