Sistema de Control

CURSO: CONTROL AUTOMATICO
PROFESOR:
M SC . C LOPEZ A.
SEMANA 2
I. CONTENIDO
1. SISTEMA Y SISTEMA DE CONTROL
2. SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO
3. SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO
4.PRACTICA N 04
II. OBJETIVO
Conocer las definiciones del control automático e Identificar el sistema
de Control.
III. BIBLIOGRAFIA
W. Bolton,
31/08/2014
Año 2001 Ingeniería de Control. Cap. 1
1. Definiciones
¿Qué es un sistema?
Un sistema es cualquier objeto (real o
conceptual) que consta de
•
Componentes
Estructura
Entorno
•
•
Se emplea el Término Sistema para describir un conjunto de
componentes, alrededor de los cuales se dibuja una frontera
imaginaria de modo que solo es de interés la interacción entre
la entrada o entradas y su salida o salidas, sin necesidad de
estudiar en detalle los componentes que los forman.
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1. Definiciones
A continuación se muestra un sistema energético de una estación
de generación eléctrica.
El sistema es la Estación de generación.
La Entrada es el combustible
La salida es la electricidad
Este sistema no tiene sistema de control, para lo cual debemos
saber, cual es la relación entre combustible y electricidad, si
aumento el combustible aumenta la electricidad, que equipos se van
a utilizar para medir la electricidad y el combustible, cuales son las
variables de medición.
Entrada
Combustible
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Estación de
generación
de Energía
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Salida
Electricidad
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1. Definiciones
Al agregar un sistema de control, nuestro sistema energético de la
estación de generación DE ENERGÍA, queda representado en el
siguiente diagrama de sistema. Se puede decir que el sistema de
control controla la entrada para modificar el sistema, modificando la
salida, de acuerdo a las necesidades del sistema.
Entrada
Combustible
Estación de
generación
de Energía
Salida
Electricidad
SISTEMA DE
CONTROL
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Otro ejemplo del sistema energético, que estudiaremos más
adelante es el tanque de calentamiento de agua, que se muestra en
la figura. La salida es el agua caliente dentro del tanque
(temperatura, por ejemplo 60°C. La entrada es el caudal vapor
(Kg/s), con lo que calienta el agua a la temperatura deseada(60°C).
Para controlar la entrada, se actua con la válvula (Actuador)
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Para controlar el agua caliente, debo saber la relación matemática
entre la temperatura del agua caliente y el caudal del vapor. Si
aumento la cantidad de vapor, aumenta la temperatura, entonces
estaré CONTROLANDO; este control se realiza con la válvula de
vapor. El sistema anterior, queda representado de la siguiente
manera.
Entrada
Vapor
Caudal
(Kg/s)
TANQUE
DE AGUA
CALIENTE
Salida
Agua
caliente
Temperatura(°C)
SISTEMA DE
CONTROL
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Veamos algunas definiciones
Sistema: Planta, Objeto, Proceso, Equipo o Máquina que se
desea controlar
Salida: Variable que indica el comportamiento que deseamos
controlar (debe ser medible)
Entrada: Variable manipulable que afecta el comportamiento de la
planta y por lo tanto la salida.
Un sistema de una entrada y una salida se denomina SISO
(single input, single output)
Si tiene varias entradas y varias salidas se denomina MIMO
(multiple input, multiple output).
En nuestro curso solo desarrollaremos SISTEMAS SISO.
Variables del sistema: son todas las magnitudes, sometidas a
vigilancia y control, que definen el comportamiento de un sistema
(velocidad, temperatura, posición, etc.).
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Sistema de Control, es aquel en el que la salida del sistema se
controla para obtener un valor específico o cambiarlo, según lo
determina la entrada del sistema. Se compone del sensor, el
controlador, el actuador, el amplificador, el transductor
Sensor: Dispositivo empleado para medir las variables de interés de
la planta (normalmente las salidas)
Actuador: Dispositivo que nos permite manipular las variables de
entrada del sistema.
Controlador: Cualquier dispositivo que genera una acción de
control sobre el actuador para lograr el comportamiento deseado.
Transductor: transforma una magnitud física en otra que es capaz
de interpretar el sistema.
Amplificador: nos proporciona un nivel de señal procedente de la
realimentación, entrada, comparador, etc, adecuada al elemento
sobre el que actúa.
Estos elementos forman parte del Sistema de control.
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SISTEMA DE CONTROL
Los sistemas de control pueden ser:
1. SISTEMA DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
2. SISTEMA DE CONTROL EN LAZO CERRADO
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2. SISTEMA DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
Es aquél en el que la señal de salida no influye sobre la señal de
entrada. La exactitud de estos sistemas depende de su calibración,
de manera que al calibrar se establece una relación entre la
entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud
deseada. El diagrama de bloque de un sistema en lazo abierto es:
El sistema se controla bien directamente, o bien mediante un
transductor y un actuador. El esquema típico del sistema será, en este
caso
El transductor modifica o adapta la naturaleza de la señal de entrada
al sistema de control.
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SISTEMA DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
En el caso del sistema de control de la temperatura de una
habitación, para que sea un sistema abierto es necesario que no
exista
termostato,
de
manera
que
siga
funcionando
permanentemente. La entrada del sistema sería la temperatura
ideal de la habitación; la planta o proceso sería la habitación y la
salida sería la temperatura real de la habitación. El transductor
podría ser un dial en el que definamos el tiempo de funcionamiento
y el actuador el propio foco de calefacción (caldera o radiador).
El actuador o accionador, modifica la entrada del sistema entregada
por el transductor (normalmente amplifica la señal).
Una lavadora automática sería un claro ejemplo de sistema de
control en lazo abierto. La blancura de la ropa (señal de salida) no
influye en la entrada(cantidad de detergente). La variable tiempo
presenta una importancia fundamental: si está bien calibrada, cada
proceso durará el tiempo necesario para obtener la mejor blancura.
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SISTEMA DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
Otro ejemplo de sistema en lazo abierto sería el alumbrado público
controlado por interruptor horario. El encendido o apagado no
depende de la luz presente, sino de los tiempos fijados en el
interruptor horario. El control de este sistema energético no es
eficiente durante el verano.
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3. SISTEMA DE CONTROL EN LAZO CERRADO
Un sistema de control en lazo cerrado es aquél en el que la acción de
control es, en cierto modo, dependiente de la salida. La señal de
salida influye en la entrada. Para esto es necesario que la entrada
sea modificada en cada instante en función de la salida. Esto se
consigue por medio de lo que llamamos realimentación o
retroalimentación (feedback).
La realimentación es la propiedad de un sistema en lazo cerrado
por la cual la salida (o cualquier otra variable del sistema que esté
controlada) se compara con la entrada del sistema (o una de sus
entradas), de manera que la acción de control se establezca como
una función de ambas.
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SISTEMA DE CONTROL EN LAZO CERRADO
En este esquema se observa cómo la salida es realimentada hacia
la entrada. Ambas se comparan, y la diferencia que existe entre la
entrada, que es la señal de referencia o consigna (señal de mando),
y el valor de la salida (señal realimentada) se conoce como error o
señal de error. La señal que entrega el controlador se llama señal de
control o manipulada y la entregada por la salida, señal controlada.
El error, o diferencia entre los valores de la entrada y de la salida,
actúa sobre los elementos de control en el sentido de reducirse a
cero y llevar la salida a su valor correcto. Se intenta que el sistema
siga siempre a la señal de consigna.
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3. SISTEMA DE CONTROL EN LAZO CERRADO
La salida del sistema de regulación se realimenta mediante un
captador. En el comparador o detector de error, la señal de
referencia (salida del transductor) se compara con la señal de salida
medida por el captador, con lo que se genera la siguiente señal de
error: e(t) = r(t) – b(t); donde e(t) es la señal de error, r(t) la señal de
referencia y b(t) la variable realimentada. Pueden suceder dos
casos: 1- Que la señal de error sea nula. En este caso la salida
tendrá exactamente el valor previsto. 2- Que la señal de error no
sea nula. Esta señal de error actúa sobre el elemento regulador que
a su salida proporciona una señal que, a través del elemento
accionador, influye en la planta o proceso para que la salida alcance
el valor previsto y de esta manera el valor se anule.
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4. PRACTICA N° 01
Trabajo individual (presentar en horas de práctica)
1. Representar dos Sistemas Energéticos, especificar sus entradas
y salidas.
2. Representar un sistema de control de Nivel, teniendo como
referencia el equipo de la UCP EDIBON
3. Construir un diagrama de lazo cerrado y abierto, para el control
del Nivel y Temperatura, teniendo como referencia el equipo de
la UCP EDIBON
4. Explicar la diferencia entre los sistemas de control en lazo abierto
y lazo cerrado.
5. Establecer cuáles de los siguientes sistemas de control son en
lazo abierto o en lazo cerrado y dar las razones de sus
aseveraciones:
a) Una tetera eléctrica que se apaga cuando el agua hierve
b) Un refrigerador
c) Una hornilla eléctrica sin termostato.
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6. Los semáforos en cruce de calles puede ser un sistema de
control en lazo abierto o en lazo cerrado. Explicar como difieren
los sistemas.
7. El control del alumbrado público en calles puede ser un sistema
de control en lazo abierto o en lazo cerrado. Explicar como
difieren los sistemas.
8. Dibujar un diagrama de cajas negras donde se muestren los
subsistemas de los siguientes sistemas de control en lazo
cerrado:
a) Un horno controlado por termostato
b) Una Luz automática enciende cuando se oscurece y se apaga
cuando se aclara.
c) Un refrigerador domiciliario.
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