TEMAS SELECTOS DE DISEOUNIDAD I SERVOMECANISMOSING. CARLOS
FRANCISCO HERNANDEZ PASCUAL
Tipos de ControlLos sistemas de control pueden clasificarse de
formas diversas: De lazo abierto De lazo cerrado Analgicos
Digitales Reguladores De seguimiento
Sistemas de Lazo AbiertoSon sistemas de control en los cuales no
existe retroalimentacin, como se muestra en la figura.
Diagrama de bloques de un sistema de lazo abiertoCambio de
temperatura o presin.
Nivel de liquido deseado
Vlvula manual
Tuberas y tanque
Nivel del liquido real
Los sistemas de lazo abierto se caracterizan por la incapacidad
de comparar el valor real de la variable controlada con el valor
deseado y emprender una accin con base en esta comparacin.
Sistemas de Lazo Cerrado Son sistemas de control los cuales
cuentan con retroalimentacin, se muestra en la figura.
Diagrama de bloques de un sistema de lazo cerradoFlotador Cambio
de temperatura o Vlvula presin. Tuberas y tanque
Nivel de lquido deseado
Retroalimentacin
Nivel del liquido real
Los sistemas de lazo cerrado estn caracterizados por la
capacidad de comparar el valor real de la variable controlada con
el valor deseado y emprender una accin de forma automtica con base
en tal comparacin.
DIAGRAMA GENERAL DE BLOQUES DE LAZO CERRADO
Las ideas incorporadas en este diagrama de bloques de sistema
general son las siguientes:
La variable de proceso que se controla (temperatura, presin,
caudal, viscosidad, posicin mecnica, velocidad, etc.) El comparador
que puede ser elctrico, mecnico o neumtico y realiza una comparacin
entre el valor medio de la variable y el valor deseado. Adems
genera una seal de error.error= valor medio valor deseado
El controlador que tambin puede ser elctrico, mecnico o
neumtico, recibe la seal de error y genera una seal de salida. El
dispositivo de correccin final recibe la seal de salida del
controlador, puede ser necesaria una etapa de amplificacin si la
seal de salida del controlador no es la suficientemente fuerte para
operar el dispositivo de correccin final. El dispositivo de
correccin final con frecuencia es un motor elctrico, una vlvula
solenoide o una vlvula o amortiguador de accin neumtica.
Diagrama de bloques clsico de un sistema de lazo cerrado
Caractersticas de un buen sistema de lazo cerradoReduce la seal
de error a cero o prcticamente a cero. La diferencia entre el valor
medio y el valor de referencia que permite el sistema (que no se
puede corregir) se denomina offset. Es decir un buen sistema
presenta un bajo offset. Rpida velocidad de respuesta, es decir,
una rpida restauracin del desfase entre el valor medio y el valor
de referencia.
Caractersticas de un buen sistema de lazo cerradoEstabilidad, se
refiere a reducir las oscilaciones que pueden ocurrir cuando el
sistema sobrerreacciona ante una seal de error ocasionando de este
modo un error mayor en sentido contrario. Por lo general estas
oscilaciones se extinguen y el sistema se estabiliza, pero puede no
ocurrir as y daar seriamente al sistema.
Otros ejemplos de sistemas de control de lazo abierto y lazo
cerrado
Control analgico y control digitalEn un sistema de control las
seales se dividen en dos categoras: analgicas y digitales.
Una seal analgica cambia de forma continua y puede tomar
cualquier valor dentro de sus lmites.Una seal digital cambia de
manera de discreta y solamente puede tomar dos valores 1 y 0.
Sistemas reguladores Un sistema regulador es un sistema de
control realimentado en el que la seal de referencia no cambia o
cambia muy poco.
Su funcin principal es mantener constante la variable controlada
a pesar de las perturbaciones que puedan afectar al
sistema.Ejemplos: sistemas de calefaccin, sistemas reguladores de
presin o de voltaje. Muchos sistemas de control de procesos se
utilizan para mantener constantes las condiciones del proceso, por
lo que son tambin sistemas reguladores.
Sistemas de seguimientoUn sistema de seguimiento es un sistema
de control retroalimentado en el que la seal de referencia cambia
continuamente.
Su funcin es mantener la variable controlada lo ms cercana
posible al valor de referencia a medida que ste cambia.Ejemplos:
sistemas de radiocontrol, sistemas de control de posicin de la
antena en los radares, servosistemas utilizados para mantener una
posicin que siga los cambios de la referencia.
COMO PARTE DE LOS SISTEMAS DECONTROL CON RETROALIMENTACIN SE
ENCUENTRAN LOS:
SERVOMECANISMOSDEFINICION: Son sistemas de control
retroalimentado en los que la salida es algn elemento mecnico, sea
posicin, velocidad o aceleracin. Los servomecanismos controlan la
posicin o el movimiento de alguna parte de un sistema de
control.
OTRA DEFINICION:El servomecanismo es un servosistema, o sistema
de control, que mantiene una igualdad entre la seal de entrada y la
seal de salida, con independencia de las variaciones de la entrada
en funcin del tiempo. La magnitud de salida se expresa generalmente
por el movimiento de un mecanismo mecnico, mientras que la variable
de entrada puede variar ampliamente siguiendo o no un programa
dado.
Muchos servomecanismos pueden considerarse sistemas de
seguimiento. Normalmente los servomecanismos forman parte de otro
sistema de control.Matemticamente, no existen diferencias entre un
servomecanismo y un sistema de control de procesos en lazo cerrado.
Sin embargo, como los dos tipos de sistemas de control han
evolucionado de manera independiente, utilizan mtodos de diseo y
terminologa diferente.
Partes de un servomecanismoSon las siguientes: a) Comparador:
Recibe la seal de entrada y una medida de la seal de salida,
comparando ambas para obtener una orden correctora.
b) Elementos de control: Son los encargados de transformar e
incluso amplificar la orden correctora para disponerla en
condiciones de actuar sobre el proceso.
c) Sistema controlado: Recibe la orden correctora previamente
preparada para ponerse en accin y llevar la seal de salida o
variable controlada al valor prescrito. d) Elementos de medida de
la seal de salida. Toman la seal de salida, o ms generalmente una
parte de ella, y la transforman haciendo posible su comparacin con
la de entrada. Constituyen, por tanto, la retroalimentacin del
sistema. Cuando las seales de entrada y salida son directamente
comparables, el servomecanismo puede carecer de esta parte.
Servomecanismo utilizado en un sistema de control de
posicinDiagrama esquemtico
Servomecanismo utilizado en un sistema de control de
posicinDiagrama de bloques
Sistema de control de posicin hidrulicoDiagrama esquemtico
Sistema de control de posicin hidrulicoDiagrama de bloques
Analoga de un servomecanismoUn conductor circula por una
carretera conduciendo su coche y transmitiendo a las ruedas
mediante sus msculos y los mecanismos de direccin la informacin
(direccin a seguir). Simultneamente su mente compara los resultados
que obtiene (direccin real que sigue el coche) con los que quisiera
obtener (direccin ideal). De esta comparacin surge una seal
correctora que, actuando sobre sus msculos y stos a su vez sobre el
volante, corrige la direccin siempre que no coincida la real con la
ideal.
Servomecanismo simple de cremallera y pion
El apuntador se encuentra conectado a un delgado cordn que se
extiende sobre una polea fija, alrededor de una polea mvil, sobre
una polea fija y se sujeta al objeto que ser posicionado. El objeto
descansa sobre un soporte cuyo pion es accionado por el motor.
Si el apuntador se desplaza hacia la izquierda sobre la escala,
la polea mvil es elevada por el cordel ocasionando que el selector
del potencimetro se mueva hacia arriba en la misma proporcin.
Cuando el contacto del potencimetro ya no se encuentra en el
centro, el circuito puente est desbalanceado y entregar un voltaje
a la entrada del amplificador. La salida del amplificador activa el
motor el cual desplaza el objeto a la izquierda.
Cuando el objeto se haya desplazado la misma distancia que el
apuntador, la polea mvil regresar a su posicin de descanso y el
contacto del potencimetro estar centrado nuevamente. El puente
regresar a balance ocasionando un voltaje de entrada cero al
amplificador, y el motor se detendr.*
Para este sistema: La posicin del apuntador representa el punto
de ajuste o el valor deseado. La posicin del objeto representa la
variable controlada. El cordn y el arreglo de poleas representan el
comparador, con la posicin instantnea de la polea como la seal de
error. El circuito puente es el controlador y la seal de salida del
puente es el voltaje aplicado al amplificador. El motor con un
arreglo de cremallera y pion representan el dispositivo de
correccin final.
Mquina cortadora de patrones
Un patrn o modelo se ajusta al soporte de montaje como pieza de
trabajo sin cortar. El soporte de montaje entonces se desplaza
lentamente hacia la izquierda. Cuando se desplaza, la herramienta
de corte accionada por un motor cortar un patrn idntico sobre la
pieza de trabajo.
El sensor rgido se mantiene ajustado contra el patrn por medio
de un resorte de tensin del lado derecho del pivote. A medida que
el sensor se desplaza hacia arriba o hacia abajo, su desplazamiento
se transmite a la polea mvil a travs del cordn sujetado al extremo
derecho del brazo del sensor.
Esta polea mvil se sujeta al selector del potencimetro de forma
que a medida que la polea se desplaza lejos de su posicin central,
el puente se desbalancea. El puente desbalanceado alimenta al
amplificador, el cual acciona el servomotor.
El servomotor ocasiona que el bastidor mvil se desplace hacia
arriba o hacia abajo la cantidad adecuada para devolver la polea
mvil a su posicin centrada. Cuando el bastidor se desplaza,
ocasiona que la herramienta de corte rotatoria corte la pieza de
trabajo y haciendo un duplicado del patrn original.*
Para este sistema de retroalimentacin:El punto de ajuste es la
profundidad del patrn o la posicin del sensor.
La variable controlada es la posicin de la herramienta de corte
o de forma equivalente la posicin del bastidor mvil. El cordn y el
arreglo de poleas representan el comparador.El circuito puente es
el controlador y la seal de salida del puente es el voltaje
aplicado al amplificador. El servomotor correccin final. representa
el dispositivo de
Actividades 1. Realiza el diagrama de bloques de los
servomecanismos de cremallera y pion y de la mquina cortadora de
patrones e identifica cada uno de los bloques con sus componentes.
2. Dibuja el diagrama de bloques de un sistema que debe mantener la
temperatura adecuada del aceite de un transformador, el sistema
emplea ventiladores. 3. Realiza el planteamiento de un sistema para
un elevador de tres niveles y el diagrama de bloques.
