SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE CONTROL
CONTENIDOS
1. NECESIDAD Y APLICACIONES DE LOS S.A.C. 2. REPRESENTACIÓN DE LOS S.A.C.
SISTEMAS AUTOMATICOS DE
CONTROL
DEFINICIÓN.
•Conjunto de componentes físicos conectados
•Regulan la actividad por sí mismos.
•Corrigen errores de
EJEMPLO: control T habitación
• Regulación mediante un termostato.• Se programa la temperatura de referencia.
APLICACIONES
INDUSTRIA
• CALIDAD Y CANTIDAD DE PRODUCCIÓN • REDUCCIÓN DE COSTES
APLICACIONES
HOGARES
APLICACIONES
APLICACIONES
CONCEPTOS DE REGULACION
AUTOMÁTICA
• VARIABLE DEL SISTEMA: magnitud controlada
Velocidad, posición, temperatura, presión…
•ENTRADA: excitación exterior al sistema • SALIDA: respuesta del sistema
TIPOS DE SISTEMAS AUTOMÁTICOS
• NATURALES: T organismo humano. Entrada, T habitual, Salida T actual.
• ARTIFICIALES: Calefacción y termostato. Entrada, T referencia, Salida T habitación.
REPRESENTACIÓN DE LOS
SITEMAS DE CONTROL
1. MEDIANTE DIAGRAMA DE BLOQUES.
2. CADA DIAGRAMA TIENE UNA ENTRADA Y UNA SALIDA
OPERACIONES ENTRE BLOQUES
TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL
1. BUCLE O LAZO ABIERTO: la acción de control es independiente de la salida
• Puerta corredera • Lavadora
• Calefacción sin termostato
2. BUCLE O LAZO CERRADO: la acción de control depende en cierto modo de la salida.
SISTEMA DE LAZO ABIERTO
1. La señal de salida no influye en la entrada. 2. Su exactitud depende de la calibración.
3. El sistema de controla directamente o mediante un transductor y actuador.
INCONVENIENTE DEL SISTEMA
ABIERTO
• LA SENSIBILIDAD A LAS PERTURBACIONES.
EJEMPLO: sistema de calefacción controlado por tiempo en el que se produce
una perturbación en pleno funcionamiento: se abre
SISTEMA DE LAZO CERRADO I
1. La acción de control depende de la salida. 2. Tiene realimentación: de salida a entrada.
3. Realimentación: propiedad que compara la salida con la entrada, produciéndose una señal de control.
SISTEMA DE CONTROL LAZO
CERRADO II
EL ESQUEMA TÍPICO
• error, referencia y variable realimentada.
EJEMPLO
REPRESENTA EN FORMA DE DIAGRAMA DE BLOQUES EL SISTEMA DE CONTROL PARA CAMINAR EN UNA
DETERMINADA DIRECCIÓN. ENTRADA:
SALIDA:
CONTROLADOR:
PLANTA O PROCESO:
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE
CONTROL
• REGULADOR, TRANSDUCTOR O CAPATDOR,
REGULADOR
1. DETERMINA EL COMPORTAMIENTO DEL BUCLE. 2. ACTUA MEDIANTE UNA ACCIÓN DE CONTROL.
3. TIPOS DE ACCIONES DE CONTROL:
• PROPORCIONAL(P) • INTEGRAL (I)
ACCIONES DE CONTROL
PROPORCIONAL P.D.
• ES UNA AMPLIFICACIÓN DE LA SEÑAL DE ERROR • LA MODIFICACIÓN ES PROPORCIONAL AL ERROR. • INCONVENIENTE: ERROR PERMANENTE .
ACCIÓN DE CONTROL INTEGRAL
P.I.
• LA ACCIÓN DE CONTROL DEL REGULADOR ES PROPORCIONAL A LA INTEGRAL DE LA SEÑAL DE ERROR. • LA ACCIÓN ES FUNCIÓN DE LA DESVIACIÓN DE LA SEÑAL Y DEL TIEMPO EN QUE SE HA PRODUCIDO.
• ESTA ACCIÓN EVITA
ERRORES PERMANENTES.
ACCIÓN DE CONTROL
DIFERENCIAL D
• AL IGUAL QUE LA INTEGRAL, VA UNIDA A LA P • LUEGO ES PD o PDI
• LA SEÑAL DE MANDO VARIA EN FUNCIÓN DE LA
DERIVADA DE LA SEÑAL DE ERROR.
TRANSDUCTOR
• TRADUCEN UNA MAGNITUD DE ENTRADA EN OTRA DE SALIDA MÁS FACIL DE PROCESAR.
• ES DE LA MISMA NATURALEZA QUE EL CAPTADOR, PERO DIFERENTE UTILIDAD.
• CAPTADOR: CAPTA UNA SEÑAL PARA REALIMENTARLA.
TRANSDUCTORES DE POSICIÓN,
PROXIMIDAD Y DESPLAZAMIENTO
TIPOS:
TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD I
• TACÓMETROS MECÁNICOS O ELÉCTRICOS PARA VELOCIDAD ANGULAR.
• MEDIDA EN r.p.m.
• PUEDEN MEDIR VELOCIDAD MEDIA/INSTANTANEA
TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD II
TACÓMETROS DE VELOCIDAD
TACÓMETROS DE FRECUENCIA
TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA
•TERMORESISTENCIAS:HILO METÁLICO DE Pt CON UNA R DE 100 Ω A Oº c QUE VARÍA CON LA TEMPERATURA. ES LA SONDA Pt100.
RT = R0 [1 + α (T – T0)]
TERMISTORES: NTC y PTC
• RESISTENCIAS SEMICONDUDORAS VARIABLES CON T • NTC y PTC
• NTC : cambios pequeños de T; cambios grandes de R y se usa un divisor de tensión. Medidas contínuas.
TERMOPARES
• BASADOS EN EL EFECTO SEEBECK
• AL CERRAR UN CIRCUITOS CON DOS CONDUCTORES METALICOS DIFERENTES, MANTENIENDO UNA SOLDADURA CALIENTE Y OTRA FRÍA, SE PRODUCE UNA CORRIENTE ELECTRICA DEBIDO A LA DIFERENCIA DE T.
•ALEACIONES DE : •CROMEL.
•ALUMEL
PIRÓMETRO DE RADIACIÓN
LEY DE STEFAN- BOLTZMAN: ‘ La energía por unidad de tiempo y superficie de un cuerpo es directamente proporcional a la cuarta potencia de su T absoluta’.
TRANSDUCTORES DE PRESIÓN
•TIPOS: MECANICOS, ELECTROMECÁNICOS Y DE VACÍO.
TRANSDUCTORES DE PRESIÓN
MECÁNICO DE DIAFRAGMA
TRANSDUCTORES DE PRESIÓN
MECÁNICO DE FUELLE
TRANSDUCTOR DE PRESIÓN
ELECTROMECÁNICO RESISTIVO
LA PRESIÓN DESPLAZA UN CURSOR A LO LARGO DE UN POTENCIÓMETRO. LA R ES FUNCIÓN DE P.
TRANSDUCTOR DE PRESIÓN
ELECTROMECÁNICO CAPACITIVO
TRANSDUCTOR DE PRESIÓN DE
GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS
TRANSDUCTOR DE PRESIÓN
ELECTROMECÁNICO
PIEZOELECTRICO
TRANSDUCTORES DE ILUMINACIÓN
• SUELEN TRANSFORMAR LA ENERGÍA LUMINOSA QUE RECIBEN EN CORRIENTE ELÉCTRICA.
FOTODIODOS Y
FOTOTRANSISTORES
FOTODIODO: CONDUCE CUANDO RECIBE LUZ:
COMPARADORES
• ES EL ELEMENTO QUE DA LA SEÑAL DE ERROR POR COMPARACIÓN ENTRE LA DE REFERENCIA Y LA DEL CAPTADOR. SOLO ESTA EN LOS DE BUCLE CERRADO.
ACTUADORES
• Son los elementos finales de control • Funcionan como órganos de mando.
• EJEMPLOS: interruptores, relés, válvulas neumáticas, válvulas de control.
• VÁLVULA DE CONTROL:
Se comporta como un orificio
de área continuamente variable.
CUERPO: obturador y asiento
LA TRANSFORMADA DE LAPLACE
• Herramienta matemática usada en Regulación Automática.
• En R.A. interesa conocer la respuesta del sistema a una entrada determinada.
• El modelo matemático del sistema de control suele ser una función de variable real (t, L…)
LA FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA
CONTENIDOS
1. LA TRANSFORMADA DE LAPLACE
2. CONCEPTO DE FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA 3. OPERACIONES DE LOS DIAGRAMAS DE BLOQUES
4. ESTABILIDAD
5. ANALISIS DE LA RESPUESTA DE UN SISTEMA DE REGULACIÓN
TRANSFORMADA DE LAPLACE
DEFINICIÓN:
EJEMPLO
TABLA DE TRANSFORMADAS
LA TRANSFORMADA INVERSA
1. Método directo muy laborioso
2. La función antitransformada en Sistemas de Control: (n>m)
TRANSFORMADA INVERSA: CÁLCULO
LA TRANSFORMADA INVERSA:
CÁLCULO
EJEMPLO
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA
1. TEORIÁ CLASICA DE CONTROL: relación E/S, caja negra.
2. FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA:
• Descripción matemática del sistema fisico • Basada en la Transformada de Laplace
• Ayuda a conocer el comportamiento del sistema. • Nos da pistas sobre la estabilidad del sistema
• Nos dice los valores de ciertos parámetros del
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA
CONCEPTO
G(s): de un sistema es cociente entre las
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA
CARACTERÍSTICAS
1. G(s) DEPENDE SOLO DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA,
NO DE LA SEÑAL DE ENTRADA.
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA
CARACTERÍSTICAS
CONOCER G(s) NOS PERMITE OBTENER LA VARIABLE DE SALIDA PARA CADA FUNCIÓN DE ENTRADA
G(s) SIRVE PARA CONOCER LA TRANSFORMADA DE LAPLACE DE LA SALIDA CONOCIDA LA DE LA ENTRADA
POLOS Y CEROS
EN LA FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA
D(s) SE DENOMINA FUNCIÓN CARACTERISTICA
D(s) DETERMINA LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICA DE LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA
POLOS Y CEROS
POLOS: RAÍCES DE LA ECUACIÓN CARACTERÍSTICA D(s)=0
CEROS: RAÍCES DEL NUMERADOR N(s)
‘ PARA QUE UN SISTEMA SEA FÍSICAMENTE REALIZABLE, EL NUMERO DE POLOS DEBE SER
OPERACIONES DE LOS
DIAGRAMAS DE BLOQUES
BLOQUES EN SERIE
LA FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA GLOBAL ES IGUAL AL PRODUCTO DE LAS FUNCIONES DE
OPERACIONES DE LOS
DIAGRAMAS DE BLOQUES
BLOQUES EN PARALELO
LA FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA GLOBAL PARA UN SISTEMA QUE ESTÁ COMPUESTO POR BLOQUES EN PARALELO ES IGUAL A LA SUMA
OPERACIONES DE LOS DIAGRAMAS DE BLOQUE
SISTEMA DE BUCLE CERRADO
R(s): T.L. de la señal de entrada E(s): T.L. de la señal de error. C(s): T.L. de la señal de salida
B(s): T.L. de la señal realimentada
G(s): Función de transferencia directa
OPERACIONES DE LOS DIAGRAMAS DE BLOQUES • DEL COMPARADOR: E(s) = R(s) – B(s)
• DE LA FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA DIRECTA:
C(s) = G(s) . E(s)
EJEMPLO
ESTABILIDAD
UN SISTEMA ESTABLE es el que permanece en reposo a no ser que se excite por una fuente externa, en cuyo caso alcanzará un nuevo
reposo una vez que desaparezcan todas las excitaciones.
Para que un sistema de regulación sea estable, las raíces de su ecuación característica (polos) deben estar situadas
