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Informe Previo 1

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“Informe Previo Nro1 de Laboratorio de Control
2” Título: MODELAMIENTO DE PLANTA Y ANÁLISIS DE
RESPUESTA TEMPORAL DEL SISTEMA EN LAZO
CERRADO Y LAZO ABIERTO ”
Grupo Nro 5
Autores:
Conopuma Damián Roberto Kevin 20142690A - [email protected]
Jara Torres Jordy Kevin 20141401F - [email protected]
Cabello Corzo Alexander Antonio 20164162H - [email protected]
Ghiggo de la Cruz Victor Benjamin 20190128H - [email protected]
Matos Malpartida Alexander 20194096C - [email protected]
Facultad de Ingeniería Electrica y Electronica-Universidad Nacional de Ingenieríıa
Lima, Perú
Resumen—
El objetivo de este informe previo es obtener un modelo
del comportamiento de la planta y posteriormente
analizar la respuesta temporal del sistema tanto en lazo
abierto como cerrado (para salida y entrada a definir).
Index Terms—Palabras claves: modelamiento de planta,
análisis de respuesta temporal, sistema en lazo cerrado,
sistema en lazo abierto, integral.
-Sistemas de control en Calderas.
https://www.fenercom.com/wp-content/uploads/2019/10/2
01906-19-Sistemas-de-control-en-calderas-SPIRAXSARCO
fenercom.pdf
-“Debido a la necesidad de alcanzar los requerimientos
cada vez más restrictivos en el desempeño de los
sistemas de control, al aumento en la complejidad del
I. OBJETIVOS
sistema y a un acceso fácil a las computadoras de gran
● Obtener un modelo del comportamiento de la planta
escala, se ha desarrollado la teoría de control moderna,
y posteriormente analizar la respuesta temporal
que es un nuevo enfoque del análisis y diseño de
del sistema tanto en lazo abierto como cerrado
sistemas de control complejos el cual se basa en el
(para salida y entrada a definir).
concepto de estado.”- Ingeniería de Control Moderna ,
Katsuhijo Ogata
II. INTRODUCCIÓN
En el presente laboratorio vamos a estudiar lo que viene a
ser el modelamiento de planta y análisis de respuesta
temporal del sistema en lazo abierto y lazo cerrado. Para
ello presentaremos una breve historia acerca del tema, al
igual que un poco del desarrollo teórico para así
finalmente poder analizar algunos problemas planteados
por el profesor.
III. PREGUNTAS DEL INFORME PREVIO
III-A. Estado del arte
-Modelado y Control en el espacio de estados
https://gdocu.upv.es/alfresco/service/api/node/content/wor
kspac e/SpacesStore/edea5442-cf02-4018-95e978a7ed411af9/TOC_0503_06_01.pdf?guest=true
- Control en espacio de estados para un prototipo real de
péndulo invertido
http://tangara.uis.edu.co/biblioweb/tesis/2013/150451.pdf
III-B. Descubrimiento
La historia de la simulación de procesos está fuertemente
relacionada con el desarrollo de la informática y del
hardware y
los lenguajes de programación. Las
-“Engineering design is the process of producing a
implementaciones sencillas y tempranas de los aspectos
set of descriptions of a system that satisfy a set of
de los procesos químicos se introdujeron en la década de
performance
requirements and constraints.” 1970 cuando se disponía de hardware
y software
Modern Control Systems
adecuados (aquí, principalmente, los lenguajes de
Analysis and Design Using Matlab, Robert H.
programación FORTRAN y C ). El modelado de las
Bishop
-“Los sistemas de control se pueden representar propiedades químicas comenzó mucho antes, en particular
la ecuación cúbica de los estados y la ecuación de Antoine
gráficamente de diversas formas, por ejemplo, mediante
fueron desarrollos precursores del siglo XIX.
diagramas de flujo o
diagramas de Bond-Graph”
-Fundamentos de control automático
de sistemas Inicialmente, se utilizó la simulación de procesos para
continuos y muestreados, Dr. Jorgue Gil, Dr Ángel Díaz. simular procesos de estado estable. Los modelos de
estado estable realizan un balance de masa y energía de
un proceso estacionario (un proceso en un estado de
Para lograr efectuar la técnica de control sobre la
equilibrio) que no depende del tiempo.
La simulación dinámica es una extensión de la simulación planta es forzoso tener un sensor y un actuador que
del proceso de estado estable, en la que la dependencia dejen operar con un buen nivel de exactitud y
del tiempo se integra en los modelos a través de términos
derivados, es decir, acumulación de masa y energía. La precisión. Con los datos de los sensores de las
llegada de la simulación
dinámica significa que la mediciones del ángulo el controlador puede
descripción, la predicción y el control dependientes del
tiempo de los procesos reales en tiempo real se han hecho enviar una señal al motor para que éste a su vez
posibles. Esto incluye la descripción de la puesta en transmita por medio de la hélice una fuerza de
marcha y el cierre de una planta, los cambios de
empuje, que mantenga la posición que se desee.
condiciones
durante una reacción, los retrasos, los
cambios térmicos y más.
Las simulaciones dinámicas requieren un mayor tiempo de
cálculo y son matemáticamente más complejas que una En la Fig. 3 se muestra la forma gráfica más elemental de
simulación de estado estable. Puede verse como una
representar un sistema. En dicha figura aparecen tres
simulación de estado estable repetida multiplicada (basada
elementos: 1) la variable f´ısica de la entrada, que se
en un paso de tiempo fijo) con parámetros que cambian
representa con una flecha apuntando al sistema, 2) la
constantemente.
variable f´ısica de la salida, que es la flecha dirigida del
La simulación dinámica se puede utilizar tanto en línea sistema al exterior, y 3) el propio sistema, representado
como fuera de línea. El caso en línea es el modelo de aquí como una nube o “caja negra” del que se desconoce
control predictivo, donde los resultados de la simulación en a priori su funcionamiento interno.
tiempo real se utilizan para predecir los cambios que se
producirían para un cambio en la entrada de control, y los
parámetros de control se optimizan en función de los
resultados. La simulación de procesos fuera de línea se
puede utilizar en el diseño, solución de problemas y
optimización de la planta de procesos, así como en la
Fig 3. Diagrama de un sistema cualquiera
conducción
de estudios de casos para evaluar los
impactos de las modificaciones de procesos. La simulación
dinámica también se utiliza para la formación del operador. Esta forma tan elemental de representar un sistema
permite al ingeniero establecer una primera descripción del
mismo, sus posibles partes, as´ı como las diferentes
l´ıneas de causalidad que se dan. Por ejemplo, en la Fig. 4
III-C. Partes del circuito de la simulación a realizar
se muestra esquemáticamente el
sistema “central
hidroeléctrica”, que tiene como entrada el caudal de agua
y como salida la tensión eléctrica. Este sistema se puede
dividir en dos subsistemas: 1) la turbina que transforma el
caudal de agua entrante en una velocidad de giro en su
eje, y 2) la dinamo o alternador que convierte el giro
mecánico en tensión eléctrica.
Fig 1. Circuito 1.
Fig 4. Diagramas equivalentes de una central
hidroeléctrica
Fig 2. Sistema de péndulo invertido
III-D. Describir cómo opera el sistema
SISTEMA DE CONTROL
Evidentemente se podría haber dividido el sistema
completo en muchas otras partes, conservando todas las
representaciones de igual validez. También se podrıan
haber encontrado otras variables intermedias entre la
entrada y la salida, que unieran los distintos subsistemas,
y que har´ıan referencia a otras realidades f´ısicas o
incluso sin sentido f´ısico, pero coherentes desde el punto
de vista matem´atico. El ingeniero evitará por todos los
medios cambiar el orden natural de la causalidad. En el
ejemplo anterior, no se debe definir la tensión como
entrada y el caudal de agua como salida. Y esto aunque
se pueda encontrar la relación matemática inversa que
deduce la segunda variable a partir de la primera. Por otro
lado, existen infinitas formas de representar gráficamente
un sistema cualquiera. Sin embargo, hay formas más
adecuadas que otras (por ejemplo, porque muestran las
variables físicas más importantes que intervienen en el su modelo matemático. Por ejemplo, según la segunda ley
sistema).
de Newton, un cuerpo con masa m experimenta en él
Encontrar el esquema o modelo más adecuado para un vacıo una aceleración a(t) proporcional a la fuerza f(t) que
sistema físico es uno de los principales retos a los que se se le aplique, de acuerdo con la ecuación:
enfrenta el ingeniero, pero no es el cometido de esta La entrada o causa en el sistema es la fuerza, mientras que
asignatura. Además, cada ejemplo 21 mecánico, eléctrico,
salida o consecuencia es la aceleración
hidráulico, térmico, etc. podría requerir mucho tiempo de la
análisis y simplificación. Sin embargo, en el apartado 3.3 del cuerpo. La función de transferencia se puede obtener
se estudian algunos sistemas físicos cuyas ecuaciones muy fácilmente aplicando la transformada de Laplace a la
diferenciales se pueden obtener fácilmente aplicando las ecuación (3.3) suponiendo condiciones iniciales nulas:
leyes fundamentales de cada disciplina. Lo habitual es que En este ejemplo, la función de transferencia es una
las leyes matemáticas aparezcan directamente en el
enunciado del ejercicio. En esta asignatura se supondrán
correctas y se tomarán como punto de partida para la
resolución del problema. Sin embargo, en el ejercicio de su
profesión, el ingeniero no suele aceptar de forma acrítica
cualquier ley matemática que se le sugiera. Muchas veces
deben obtenerlas a partir de ensayos o incluso deducirlas
constante. Sin
embargo, si el
teóricamente. Uno de los principales inconvenientes de
ingeniero quisiera estudiar otros efectos de este sistema,
trabajar con las leyes matemáticas
como el desplazamiento del cuerpo, la ecuaci´on
que describen un sistema es que el ingeniero puede perder
diferencial que debería plantear es:
fácilmente el sentido físico de los problemas de control.
Y al aplicar la transformada de Laplace, suponiendo
Conviene aquí recordar que detrás de una ley matemática
se esconde un sistema físico real, del que se trabaja solo
con un modelo.
condiciones
Función de transferencia de un sistema
En los esquemas propuestos en el apartado anterior el iniciales nulas, obtendría:
funcionamiento interno del sistema o subsistemas era Ahora la función de transferencia no es una constante, sino
desconocido. Una forma de ofrecer esa información es
escribir la ecuación diferencial que relaciona la entrada
con la salida. Sin embargo, lo habitual es trabajar en el
dominio de Laplace (Fig. 5) Definiendo la función de
transferencia del sistema.
Fig 5. Diagramas generales de un sistema
una
función de la variable de
Laplace. Hay que remarcar que el mismo sistema físico
puede tener distintas funciones de transferencia
dependiendo de las variables que se tomen como entradas
La función de transferencia, en general G(s), de un y salidas. A partir de este momento, una expresión como
determinado proceso o sistema es la relación en el H(s) puede corresponder tanto a la transformada de
dominio de Laplace entre la función de salida c(t) y su Laplace de una función temporal, H(s) = L [h(t)], como a la
correspondiente entrada r(t), con condiciones iniciales función de transferencia de un sistema. Normalmente por
nulas para ambas funciones. La función de transferencia el contexto es posible deducir a que se refiere en cada
es un invariante del sistema, es decir, para cualquier caso. Conviene resaltar que: - La función de transferencia
entrada que se introduzca en el sistema, la salida que se es una propiedad intrínseca del sistema. Conocida la
obtiene siempre está relacionada con la entrada a través función de transferencia de un sistema, se puede conocer
de la función de transferencia.
el comportamiento del mismo ante cualquier entrada. - La
Como la función de transferencia es un invariante del función de transferencia responde a la ecuación diferencial
que gobierna un sistema pero no ofrece información
acerca de su configuración interna. Dos sistemas físicos
sistema, se
puede obtener diferentes pueden poseer idénticas
funciones de
experimentalmente introduciendo una función temporal transferencia.
conocida y midiendo la salida. Aplicando la transformada
de Laplace a las dos señales y calculando su cociente, se Modelos matemáticos
consigue la función de transferencia. Si es posible
introducir en el sistema una función impulso en la entrada, Para diseñar el modelo de un sistema se debe
δ(t), la
función de transferencia es directamente la empezar a
partir de una predicción de su
transformada de Laplace de la funci´on temporal de salida
funcionamiento antes que el
sistema pueda
del sistema
También es posible obtener de forma teórica la función de diseñarse en detalle. La predicción se basa en una
descripción matemática de las características
dinámicas
del sistema. A esta descripción
matemática se la llama
modelo matemático.
transferencia
Normalmente
el
modelo
matemático
se trata de una
de un sistema, mediante las ecuaciones diferenciales de
serie de ecuaciones diferenciales que describen el
comportamiento del sistema (modelo teórico).
Sistemas lineales y no lineales:
-Sistema Lineal: En este caso las ecuaciones
que describen el modelo son lineales, se les aplica el
principio de superposición (ante dos entradas la
salida es la suma de las respuestas individuales).
-Sistema No lineal: No se aplica el principio
de
superposición. Existe dificultad matemática,
normalmente
se los aproxima a modelos
matemáticos lineales.
Sistemas dinámicos y estáticos:
Es un ejemplo típico
de sistema mecánico. Se rige por la ecuación
diferencial, donde la entrada es la fuerza f(t) y la
salida el desplazamiento x(t). Aplicando la
transformada de Laplace se puede obtener la
función de transferencia del sistema.
El diagrama de la Fig. 7 representa el sistema
-Sistema Dinámico: Si su salida en el presente
depende de una entrada en el pasado.
-Sistema Estático: Su salida en curso
depende de la entrada en curso. En este caso la
salida no cambia si la entrada no cambia. En el
dinámico la salida cambia con el tiempo cuando no
está en equilibrio.
Modelos de sistemas fısicos
Los modelos de los sistemas suelen ser ecuaciones
diferenciales.
Normalmente se buscan ecuaciones
diferenciales lineales de
coeficientes constantes. De
hecho, cuando aparecen ecuaciones diferenciales no
lineales, lo habitual es linealizarlas en un punto de
operación. En los siguientes apartados se estudian los
modelos más elementales de cuatro tipos de sistemas:
mecánicos, eléctricos, hidráulicos y térmicos. Se plantean
las ecuaciones
diferenciales elementales que gobiernan dichos sistemas y,
teniendo en cuenta cual es la entrada y cual es la salida, se
hallarán sus funciones de transferencia.
● Sistemas mecánicos
Los sistemas mecánicos describen el movimiento
en el espacio de cuerpos sometidos a fuerzas o
pares. Aunque
dichos cuerpos poseen
dimensiones y propiedades físicas distribuidas en
el espacio, la forma más sencilla de analizarlos es
obtener un modelo de parámetros concentrados.
Los elementos básicos para construir un modelo
con parámetros concentrados son la masa, el
muelle y el amortiguador, La ecuación diferencial
que rige el comportamiento de una masa es la
segunda ley de Newton:
Si el cuerpo gira en lugar de desplazarse, la
ecuación que
gobierna su
movimiento es:
Fig
6.
:
Sistema
mecánico
masa-resorte-amortiguador
masa resorte - amortiguador. Se puede comprobar como
la función de transferencia posee las unidades de
m/N, es decir, precisamente las que relacionan la
salida con la entrada. Asimismo, los sumandos del
denominador son dimensionalmente coherentes.
Fig 7. Diagrama del sistema masa- resorte -
amortiguado
● Sistemas eléctricos
Los sistemas eléctricos, como los mecánicos,
también se
suelen describir por medio de
parámetros concentrados
donde los tres
elementos fundamentales son las resistencias, los
condensadores y las bobinas. La tensión que
aparece sobre los extremos de una resistencia es
proporcional a la intensidad de corriente que circula
a través de ella. La constante proporcional se
llama igualmente resistencia y su unidad en el
Sistema Internacional es el ohmio, Ω
La tensión que aparece sobre los extremos de una
bobina
es proporcional a la derivada de la
intensidad que circula a través de ella respecto del
tiempo. La constante
proporcional se llama
inductancia y su unidad es el henrio, H
La tensión que aparece sobre los extremos de un
condensador es proporcional a la
integral de la intensidad que circula a través de
ella a lo largo del tiempo. Desde otro punto de
vista, también se puede decir que la intensidad
que circula a través de un condensador es
proporcional a la variación de la tensión entre sus
bornes. Esta última constante proporcional es la
que se llama capacidad y su unidad es el faradio,
F.
masa y el caudal de salida,
donde qi y qo son los caudales de entrada y
salida, mientras que A y Ao son las superficies de
la sección del depósito y del conducto de salida.
Eliminando la variable del caudal de salida qo
resulta:
Fig 8. Sistema
eléctrico resistencia-bobina-condensador
● Sistemas electromecánicos
Los sistemas electromecánicos o
mecatrónicos, combinan elementos
Elaboración de modelos
mecánicos y eléctricos. Un ejemplo es el
Al aplicar las leyes físicas a un modelo, es posible
motor de corriente continua que hace girar un
desarrollar un modelo matemático que describa al sistema
objeto con inercia y viscosidad, Fig. 9. La
(modelo teórico). A veces es imposible desarrollar un
entrada es la tensión v(t) y la salida es el giro
modelo teórico, entonces se somete al sistema a un
θ(t)
conjunto entradas conocidas y se miden sus salidas,
obteniéndose así un modelo experimental. O sea, se
calcula el modelo a partir de las relaciones entrada-salida.
Ningún modelo matemático puede representar al sistema
con precisión.
Siempre involucra suposiciones y
aproximaciones.
Procedimientos para la obtención del modelo:
Fig 9.Modelo de un motor de corriente
1. Dibujar un diagrama esquemático del sistema y definir
continua arrastrando un objeto
La primera ecuación del sistema responde a la las variables.
2. Utilizando leyes físicas, escribir ecuaciones para cada
componente, combinándolas de acuerdo con el diagrama
del sistema y obtener el modelo.
3. Para verificar la validez del modelo, la predicción del
funcionamiento obtenida al resolver las ecuaciones del
modelo, se compara con los resultados experimentales (la
validez del modelo se verifica mediante un experimento).
Si el experimento se aleja de la predicción se debe
modificar el modelo y se repite el proceso.
única
malla
del circuito. La tensión e(t) que aparece en el motor Validación del Modelo
es proporcional a la velocidad de giro del mismo. El
par τ (t) que ejerce el motor es proporcional a la Tanto en el análisis teórico como el análisis experimental,
intensidad que circula por ´el. Las constantes de una vez obtenido el modelo es importante su coincidencia
velocidad y de par son la misma K, donde es con el modelo teórico real. En esto consiste la validación.
posible demostrar que tienen
las mismas Los métodos pueden ser:
unidades. La última ecuación del sistema es la del
modelo mecánico de inercia J y viscosidad B.
-Analizar la respuesta del modelo (al escalón, al impulso,
etc.). -Análisis de polos y ceros del sistema.
● Sistemas hidráulicos
- Calcular determinadas relaciones estadísticas.
Los sistemas hidráulicos pueden incluir muy - Investigar las variaciones de aquellas magnitudes que
diferentes elementos (depósitos, válvulas, etc.). sean
especialmente sensibles a cambios en los
En este apartado se muestra un ejemplo de parámetros del modelo.
ecuación ́on diferencial que gobierna la altura h de
fluido contenido en un depósito
Análisis de la Respuesta Temporal
Fig 10. Depósito con conducto de desagüe
Las ecuaciones que se pueden plantar en el
depósito de la Fig. 10 son la conservación de la
A partir de la representación matemática de un sistema
se puede realizar un análisis teórico de la respuesta
temporal del mismo
ante diferentes tipos de
perturbaciones. El estudio de dicha respuesta temporal
es de vital importancia para el posterior
análisis de su comportamiento y el posible diseño de un
sistema de control. En este capítulo se realizará el
estudio detallado de la respuesta temporal de un
sistema, el cual se fundamenta en el conocimiento
previo que se tiene del mismo, o lo que es lo mismo en
el modelo del sistema.
En principio, se define la respuesta temporal de un
sistema como el comportamiento en el tiempo que tiene
el mismo ante alguna variación en sus entradas. En la
Fig. 11 se puede apreciar la respuesta temporal de un
sistema, ante una entrada particular, la cual está
compuesta por una respuesta transitoria y una
permanente. Así mismo, se puede expresar dicha
respuesta según la Ec. 1, donde yt(t) y yss(t) son la
respuesta transitoria y la permanente, respectivamente.
la variable que se desea controlar, el lazo abierto nunca
sabe como la variable se comporta, mientras que el lazo
cerrado conoce en todo momento la evolución de la
variable.
Ejemplo de un sistema de control en bucle abierto es una
lavadora, dado que es un sistema que trabaja en base al
tiempo y a un programa preestablecido, sin embargo no
mide la limpieza actual de la ropa.
Un ejemplo de un sistema en bucle cerrado sería una
tostadora automática que mide la temperatura, humedad
y el nivel de sequedad de las tostadas, ajustando la
temperatura por medio de un termostato
● Sistema de Control de Lazo Abierto
En un sistema de lazo abierto el controlador es colocado
en serie con el proceso, con el objetivo de poder
manipularlo y sobre todo, intentar llevar a la zona de
operación deseada, pero SIN medir o SENSAR el estado
actual de las variables del proceso (temperatura,
velocidad, humedad, concentración, etc)
Es decir, que el sistema de control de lazo abierto
interviene sobre el proceso únicamente por medio del
conocimiento previo que se tiene del sistema.
Fig 11. Respuesta Temporal y (t) = yt (t) +yss (t)......(1)
El análisis de la respuesta temporal se realizará, para
diferentes tipos de sistemas y diferentes tipos de
entrada, separando la
respuesta en transitoria y
permanente.
● Señales de Entradas
En el análisis de un sistema de control es necesario
conocer su comportamiento ante diferentes tipos de
entradas o perturbaciones, por lo que se estudiarán, en
esta sección, una serie de señales que comúnmente
ocurren en la vida real, tales como el impulso, el
escalón, la rampa y la parábola.
El impulso es una entrada cuya duración en el tiempo es
instantánea, en tanto que el escalón es una entrada cuya
magnitud es aplicada en forma constante a lo largo del
tiempo. La rampa es una entrada cuya amplitud varía 1
1 Análisis de la Respuesta Temporal linealmente a lo
largo del tiempo y la parábola es aquella cuya amplitud
varía cuadráticamente a lo largo del tiempo
Fig 12. Diferentes tipos de Entradas
SISTEMA DE LAZO ABIERTO Y LAZO CERRADO
Un sistema en lazo abierto es aquél que la salida
sensada del proceso no es comparada con la señal de
referencia.
Un sistema en lazo cerrado toma la salida del proceso y
la compara con la señal de referencia para conocer en
todo momento la evolución de la variable.
Por lo tanto la diferencia entre un sistema de lazo abierto
y lazo cerrado radica en el mantenimiento constante de
Los sistemas de control en lazo abierto son simples y
muy baratos de implementar pero tienen la desventaja
que no compensan las posibles variaciones que puede
tener la planta, ni las posibles perturbaciones externas.
Fig 11. sistema de lazo abierto
La desventaja del control en lazo abierto es la
sobrecarga de trabajos repetitivos y sin interés
para el operador.
● Sistemas de Control de Lazo Cerrado
Las formas de solucionar los problemas del lazo
abierto, será empleando una estructura de control
en lazo cerrado.
En un sistema en lazo cerrado se puede colocar un
medidor y transmisor de temperatura que
realimenta el
sistema hacia el controlador y
mantiene de esa forma la temperatura en su lugar
deseado.
Este valor deseado se conocerá como el Setpoint y
será el único valor que será modificado por el
operario. Estos
sistemas de control son
clasificados como sistemas con retroalimentación
o feedback.
En este caso todo el diagrama de bloques
anterior corresponde a un lazo cerrado, donde
la relación de la salida C(s) con la entrada R(s)
viene dado por:
Fig 12. sistema de lazo cerrado
La función de transferencia de lazo abierto es la
relación entre la señal del sensor B(s) y la señal
de error actuante E(s).
La función de transferencia feedforward es la
relación entre la salida del proceso C(s) y el
error actuante.
ESPACIO DE ESTADOS
También llamado modelamiento en el dominio
del tiempo. Al momento de modelar un sistema
tienes 2 maneras, una es mediante la función
de transferencia entre la relación de la salida y
la entrada en términos de Laplace y otra
manera es modelar en el dominio del tiempo el
cual es llamado espacios de estados. Esto se
halla mediante 2 ecuaciones las cuales son:
-Ecuación de Estados:
= A. x(t) + B.
u(t) -Ecuación de Salida: y(t) = C. x(t) + D.
u(t) donde:
Cuando la realimentación del lazo es unitaria, o
sea
H(s) = 1, entonces la función de
transferencia de lazo
abierto y la de
feedforward son las mismas.
u: Excitación o entrada
x(t) : Vector de estados
y: Salida
A: Matriz del sistema
B: Matriz o vector de excitación
C:Matriz de salida
D:Matriz de excitación de salida.
Otra manera de expresar la ecuacion es mediante matrices:
Un modelamiento se podría pasar del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia y viceversa
también obteniéndose las mismas conclusiones. Para pasar del dominio del tiempo al dominio de la
frecuencia es mediante la ecuación:
F.T.(s) = C . (���� − ��)ିଵ.B + D
Una de las ventajas de modelar en el espacio del tiempo es en la rapidez de análisis al momento de
analizar un sistema con múltiples entradas.
III-E. Aplicaciones
● Un péndulo invertido montado en un carro manejado por un motor aparece en la Figura 2. Este es
un modelo del control de posición de un propulsor primario espacial para despegues. (El objetivo del
problema del control de posición es conservar el propulsor primario espacial en una posición
vertical.) El péndulo invertido es inestable porque puede girar en cualquier momento y en cualquier
dirección, a menos que se le aplique una fuerza de control conveniente. Aquí se considera sólo un
problema en dos dimensiones, en el cual el péndulo sólo se mueve en el plano de la página.
● En el circuito de la imagen uno podemos apreciar que este es un sistema al cual no es afectado
por el exterior con lo cual podemos entender que es un sistema diseñado para poder alterar nuestra
señal de entrada de la forma que nos plazca sin necesidad de tener que compararla con esta misma
por lo cual las aplicaciones más comunes de dicho circuito sería para la implementación de filtros.
● Otro ejemplo de aplicación con respecto al péndulo invertido montado en un carro manejado por un
motor que aparece en la Figura 2. vendría ser los patines eléctricos los cuales al igual que en el
ejemplo del propulsor primario espacial para despegues lo que se busca es que la persona que esté
utilizando el patín pueda obtener una estabilidad vertical de tal forma que no se caiga al usar este.
TREN MAGNÉTICO Y CARROS
ELÉCTRICOS
Para comprender el funcionamiento de un sistema de control para un tren magnético usaremos como
ejemplo el levitador magnético.
Los
puntos de equilibrio del sistema serían:
Por lo tanto el voltaje para el equilibrio del sistema
Definimos las variables
sería:
Finalmente el sistema quedaría de la siguiente
manera:
Hallamos B
Tren electrico
Reemplazando :
Es un medio de transporte alimentada por una
fuente externa de energía eléctrica. La fuente
externa puede ser catenaria, tercer riel, o por
medio de un dispositivo de almacenamiento a
bordo, como baterías, baterías inerciales o pilas
de combustible.
Idea que fue moldeada Cornelis Drebbel lo cual se
usaba para la incubacion.
Para su traslado se usa transistores bipolares, tanto
en los trenes con catenaria o con tercer riel, con esto
se ha de notar que tambien son necesarias las
resistencias.
Descubrimiento
A finales del año 1500, Galileo observo que
los calendabros no se mantenian en
movimiento
constante, perdian velocidad, esto desperto su
curiosidad pero usando el pulso corporal.
Quien termina de moldear esta idea es Christiaan
Huygens, quien hizo el diseño del pendulo que
conocemos al dia de hoy, cuales sus mediciones
son consideradas estandar internacionalmente.
Para el pendulo invertido Katsuhisa Furuta propuso la
teoria del pendulo invertido usando un prototipo de
automovil con el pendulo encima de el.
El mejor antecedente previo a un sistema de control de
niveles de liquidos, fue antes de Cristo, siendo un reloj
de agua hecho por Ctesibio.
VI. Referencias
● Fundamentos de control automático de sistemas
continuos y muestreados, Dr. Jorgue Gil, Dr Ángel
Díaz., https://core.ac.uk/download/pdf/83559623.pdf ●
Lazo abierto y Lazo cerrado,
https://controlautomaticoeducacion.com/contr
ol realimentado/lazo-abierto-y-lazo-cerrado/
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