SISTEMAS DE REGULACIÓN Y CONTROL AUTOMÁTICOS

Presentación del tema: "SISTEMAS DE REGULACIÓN Y CONTROL AUTOMÁTICOS"— Transcripción de la presentación:

1 SISTEMAS DE REGULACIÓN Y CONTROL AUTOMÁTICOS

2 El Control automático trata de regular, con la mínima intervención humana, el comportamiento dinámico de un sistema mediante órdenes de mando.

3 Sistema de control conjunto de componentes físicos
conectados o relacionados entre sí regulan o dirigen su actuación por sí mismos corrigiendo los posibles errores

4 Ejemplo histórico

5

6 Algunas ventajas Aumentar las cantidades, y calidad del producto fabricado Reducir costes de producción Mejorar los sistemas de seguridad y control del proceso

7 Tecnologías empleadas
Electrónica analógica y digital. Sistemas programables, PLC, microcontroladores, PC.

8 Aeronáutica Seguimiento de una trayectoria o ruta

9 Misiles Control de la trayectoria
predefinida a seguir y la velocidad sin que le afecten perturbaciones como el viento.

10 Robótica

11 Máquinas herramienta Posicionamiento de herramienta control de velocidad.

12 Automoción la inyección electrónica de
combustibles, frenos abs, bolsas de aire, control de velocidad de crucero

13 Sistema de control Conjunto o combinación de componentes que actúan juntos para realizar el control

14 VARIABLES DEL SISTEMA O SEÑALES
Magnitudes físicas que se someten a vigilancia y control. Definen el comportamiento del sistema. Velocidad, caudal, intensidad, presión, temperatura etc...

15 ENTRADA O SEÑAL DE MANDO
Es la señal que se aplica a un sistema de control, mediante distintos procedimientos, con el fin de provocar una respuesta.

16 SALIDA respuesta que proporciona el sistema de control, ejemplos, temperatura de una habitación, posición de un eje, etc.

17 SENSORES elemento que capta una magnitud del sistema para su procesamiento,

18 ACTUADORES modifican las variables del sistema, ejemplos, motores, cilindros neumáticos, válvulas para control de líquidos, resistencias, etc.

19 PERTURBACIÓN señales no deseadas que influyen de forma adversa en el funcionamiento del sistema

20 UNIDAD DE CONTROL “El cerebro” del sistema
Es la parte encargada de gobernar el sistema controlado para producir la salida deseada.

21 PLANTA cualquier objeto físico que se va a controlar (motor, horno, caldera, ..)

22 PROCESO Conjunto de operaciones que se desean controlar con un fin determinado

23 SISTEMA DE LAZO ABIERTO
la acción de control es independiente de la salida. Entrada Salida Elemento de control Actuador Proceso

24 SISTEMA DE LAZO CERRADO
la acción de control depende de la comparación entre la señal de entrada y la señal de salida Entrada error Salida + Elemento de control Actuador Proceso - transductor Captador

25 Sistemas realimentados
Ventajas Más exacto en la salida. Menos sensible a las perturbaciones. Menos sensible a cambios en las características de los componentes. Inconvenientes Posibilidad de inestabilidad. Más complejo, más caro y más propenso a averías.

26 Control de caudal en lazo abierto

27 Control de caudal en lazo abierto
Entrada Salida Elemento de control Actuador Proceso Potenciómetro Amplificador, imán proporcional, Válvula Válvula Sistema de tubería Presión del fluido

28 Control de caudal en lazo cerrado

29 Amplificador, imán proporcional,
Válvula Presión del fluido Comparador Sistema de tubería Válvula Entrada error Salida + Elemento de control Actuador Proceso Potenciómetro - transductor Captador Medidor de presión con transductor

30 Sistema de regulación de temperatura sin termostato
Entrada Salida Elemento de control Actuador Proceso Llave de paso radiadores Radiador Aula de clase. Mantenimiento de la temperatura Temperatura

31 Sistema de regulación de temperatura con termostato.
Temperatura de la vivienda Vivienda Bomba de la caldera Entrada error Salida + Elemento de control Actuador Proceso - Captador Perturbaciones: cambios de temperatura exterior, apertura de ventanas Termostato

32 Lavadora Perturbaciones: nivel y tipo de suciedad Entrada Salida
Elemento de control Actuador Proceso Selector programa lavado Nivel de limpieza de la ropa Lavadora Motor del tambor, válvula de entrada agua, dosificador detergente, resistencia calentamiento Programador Lavado de la ropa dentro de la lavadora

33 Sistema de dirección conductor-coche
Conductor-volante-sistema de dirección Cerebro de la persona Trayectoria deseada Circulación de coche por la carretera Trayectoria del vehículo Entrada error Salida + Elemento de control Actuador Proceso - Captador Perturbaciones: cambios de temperatura exterior, apertura de ventanas Visión

34 Sistema de regulación de temperatura del cuerpo
Circulación sangre, músculos, piel, sudoración Cerebro de la persona Regulación de temperatura corporal Temperatura corporal Temperatura normal error Salida + Elemento de control Actuador Proceso - Captador Perturbaciones: cambios de temperatura exterior Detección de la temperatura corporal

35 Sistema de aprendizaje profesor-alumnos.
Entrada Salida Elemento de control Actuador Proceso Programa de la asignatura Calificaciones alumnos Aprendizaje de los alumnos Clases del profesor, tiempo de estudio de alumnos Decisiones del profesor, explicaciones, ejercicios

36 Sistema de aprendizaje profesor-alumnos.
Acciones del profesor, acciones de alumnos Decisiones del profesor Aprendizaje de los alumnos Calificaciones Programa de la asignatura error Salida + Elemento de control Actuador Proceso - Captador Exámenes

37 Sistema para cocinar Placa vitrocerámica Controlador de la placa
Cocción en olla a presión Temperatura de cocción Temperatura deseada error Salida + Elemento de control Actuador Proceso - Captador Presión

38 Modelo. Representación aproximada de un sistema que se utiliza para comprender, reproducir y controlar el funcionamiento del mismo. Los modelos se utilizan para saber cómo va a comportarse un sistema.

39 Sistema suspensión

40 Transformada de Laplace

41 Sistema de suspensión Transformada de Laplace, permite transformar ecuaciones diferenciales en ecuaciones algebraicas. La variable t (tiempo) se transforma en la “variable compleja” s. Número complejo: formado por parte real y parte imaginaria: a+bj

42 Función de transferencia
Elemento r(t) c(t) G(s) R(s) C(s)

43 Función de transferencia
G(s) R(s) C(s) Comportamiento del sistema ante cualquier entrada. Estabilidad del sistema. Depende sólo de las características del sistema

44 Función de transferencia
Ecuación característica Función característica Raíces de la ecuación característica: polos Raíces del denominador: ceros Un sistema físico es realizable si ai y bi son números reales y  (tiene igual o mayor número de polos que de ceros) n>=m

45 Simplificación de bloques
Bloques en serie G1(s) R(s) G2(s) G3(s) C(s) G(s)=G1(s).G2(s).G3(s) Bloques en paralelo R(s) G2(s) G3(s) C(s) G1(s) + G(s)=G1(s)+G2(s)+G3(s)

46 Transposición de sumadores

47 Transposición de bifurcaciones

48 Simplificación de sistema en lazo cerrado

49 Respuesta transitoria a una entrada en escalón
Mp: Sobreoscilación máxima tr: Tiempo de subida tp: Tiempo de pico ts: Tiempo de establecimiento

50 Sistema estable En reposo si no se aplica una excitación
A una entrada limitada da una salida limitada

51 Sistemas inestables

52 Sistemas estables

53 Estabilidad de un sistema
Para que un sistema sea estable las raíces de la ecuación característica deben estar situadas en el semiplano complejo de Laplace

54 Estabilidad, criterio de Routh
Indica si hay o no raíces positivas en una ecuación polínómica de cualquier grado sin tener que resolverla

55 Cambio de signo luego el sistema es inestable
Dada la ecuación función característica determinar la estabilidad mediante el criterio de Routh 10/4 4 -12/5 2 3 4 Cambio de signo luego el sistema es inestable -76/15 4