Introducción al modelado de Sistemas de ControlSistemas de Control
Introducción
• Qué es un sistema?.– Un sistemaes un conjunto de elementos interrelacionados
sometido a una serie de estímulos o señales de entradaante los que responde mediante una serie de señales de salida.salida.
Entradas SalidasSistema
Sistema de control en lazo abierto
Sistema de control en lazo cerrado
Sistema de control en lazo cerrado
Sistemas de control
• Tipo especial de sistemas en los que se pretende conseguir un comportamiento determinado de las señales de salida actuando sobre las señales de entrada.entrada.– Esquema clásico en bucle cerrado o en realimentación.
SistemaControl+
-
• Ejemplo.– Sistema de aire acondicionado.
• Pretende mantener una temperatura estable en el interior de un recinto cerrado.
• Mecanismos para actuar: calentar/enfriar.
• Señal de referencia ajustable.
• Sensores.
• Posibles perturbaciones.
Bloques fundamentales
Bloques fundamentales
Combinación de bloques básica
• Ejemplo (cont.).
+ Control
Td: Temp.
deseada
AcciónTm<Td: calentar
Tm>Td: enfriar
+
-Control
SensorTm: Temp.
de la vivienda
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL REALIMENTADO
Elementos de un sistemas de control
Controlador+ PlantaActuador
Referencia
Comparador
Error Control Acción Salida
Controlador+
-
Sensor
PlantaActuador
Medida
• La Planta.
Controlador+-
Sensor
PlantaActuador
Referencia
Comparador
Error Control Acción Salida
Medida
– Sistema físico que se desea controlar.– Sistema físico que se desea controlar.• Recibe como entrada la acción de control y produce la salida
(señal a controlar).
• Normalmente su comportamiento sólo es modificable a través de las señales de entrada.
• Puede estar sometido a perturbaciones.
• Modelado: G(s) (función de transferencia).
• El sensor.
Controlador+-
Sensor
PlantaActuador
Referencia
Comparador
Error Control Acción Salida
Medida
– Sistema de medida.– Sistema de medida.• Transforma la señal de salida a una magnitud (medida)
interpretable por el esquema de control.
• Fuente de información para el sistema, debe poseer una elevada exactitud y fidelidad.
• Modelado: Gs(s) (función de transferencia).
• El comparador.
Controlador+-
Sensor
PlantaActuador
Referencia
Comparador
Error Control Acción Salida
Medida
– Evaluación del error.– Evaluación del error.• Compara la señal de medida con la referencia establecida para el
sistema de control, generando la señal de error.
• Elemento simple, debe ser preciso.
• El controlador.
Controlador+-
Sensor
PlantaActuador
Referencia
Comparador
Error Control Acción Salida
Medida
– Estrategia de control.– Estrategia de control.• Transforma la señal de error en una señal de control aplicando una
determinada estrategia.
• Donde reside la “inteligencia” del sistema de control.
• De su diseño depende el buen funcionamiento del sistema global (asumiendo datos de entrada correctos).
• Modelado: Gc(s) (función de transferencia).
• El actuador.
Controlador+-
Sensor
PlantaActuador
Referencia
Comparador
Error Control Acción Salida
Medida
– Etapa de potencia.– Etapa de potencia.• Transforma la señal de control en una acción que puede ser
interpretada por la planta.
• Modelado: Ga(s) (función de transferencia).
Subsistemas
Controlador+ PlantaActuador
Referencia Salida
Cadena directa
Controlador+
-
Sensor
PlantaActuador
Cadena de realimentación
Controlador+
-PlantaActuador
Referencia Salida
Zona de baja energía Zona de alta energía
Sensor
PC/µC+
-PlantaD/A
Referencia Salida
Dominio discreto Dominio continuo
A/D
Ejemplos de sistemas de control
– Control manual:
• El elemento de control es un operador humano.
– Algunos ejemplos serían una persona que conduce unautomóvil, cocinero preparando un plato, operarioautomóvil, cocinero preparando un plato, operariomanipulando una grúa.
– Control de procesos:
• Aire acondicionado de una casa, nivel de agua en undepósito, control del pH en un cultivo de algas.
– Servosistemas:
• Posición del brazo de un robot, piloto automático de unavión, posicionamiento de la cabeza en un disco duro.
– Sistemas biológicos:
• Sistema predador-presa, señalar con el dedo,transpiración,aperturay cierredela pupila.transpiración,aperturay cierredela pupila.
– Sistemas económicos:
• Empresa, mercado de valores.
Cuándo es necesaria la compensación?
– Inestabilidad.
– Oscilación excesiva.
– Lentitud.– Lentitud.
– Sensibilidad ante perturbaciones.
– Error en régimen permanente.
– Repuesta inestable:
• La salida del sistema no está acotada.
– Repuesta oscilatoria:
• La salida del sistema presenta picos de oscilación queno son admisibles.
– Repuesta lenta:
• La salida del sistema tarda mucho en alcanzar el valordeseado.
– Error en régimen permanente:
• La salida del sistema no se estabiliza en el puntodeseado.
– Repuesta ruidosa:
• La salida del sistema se ve afectada por perturbaciones.
Tipos de compensación
– Compensación en serie.
– Compensación en paralelo o en realimentación.
– Compensacióndeperturbaciones.– Compensacióndeperturbaciones.
– Compensación de entrada/salida
– Compensación en serie:
• El controlador se sitúa en serie con la planta.
Controlador+ PlantaReferencia Salida
Controlador+
-Planta
– Compensación en paralelo:
• El controlador se sitúa en la cadena de realimentación.
+ PlantaReferencia Salida
Controlador
+
-Planta
– Compensación de perturbaciones:
• El controlador trata de anular el efecto de algunaperturbación.
Controlador
Referencia Salida
Perturbación
+
-Planta
Referencia Salida
– Compensación de entrada:
Controlador+
-Planta
Referencia Salida
– Compensación de salida:
Controlador+
-Planta
Referencia Salida
Función de transferencia
Función de transferencia
Ejemplos
Ejemplos
Ejemplos
Ejemplos
Ejemplos
Ejemplos
Draw simple block diagrams for the control systems
Draw simple block diagrams for the control systems