CAPÍTULO 1

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1. Ventajas de los sistemas de control digital.

2. Cuantificación y errores de cuantificación.

3. Sistemas de adquisición, conversión y distribuciónde datos.

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• El uso de controladores digitales ha incrementadonotablemente para sistemas de control. La capacidaden la toma de decisiones y la flexibilidad en losprogramas de control son las mayores ventajas de lossistemas de control.

Aplicación del control porcomputadora (movimientointeligente en robotsindustriales)

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¿Por qué controlar un sistema dinámico deforma digital en lugar de análoga?

1. Disponibilidad de computadoras digitales debajo coste.

2. La ventaja de trabajar con señales digitales enlugar de señales de tiempo continuo.

Tipos de señalesComo ya sabemos las señales pueden seranalógicas o digitales.

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Señal analógica

Señal Digital

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El proceso de representar una variable por mediode un conjunto de valores distintos se denominacuantificación y los valores distintos resultantes sedenominan valores cuantificados.

La cuantificación es lo que permite que las señalesanalógicas sean leídas como palabras binariasfinitas.

Sistema de control en tiempo discretoSon aquellos sistemas en los cuales una o másvariables pueden cambiar solo en valores discretosde tiempo.

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Sistemas de Control DigitalLa siguiente figura muestra el diagrama de bloquesde un sistema de control digital con unaconfiguración básica.

S/Hy

A/D

Computadora Digital

D/A

Filtro

Reloj

Actuador Planta

Salida

Perturbacióno ruido

Controladorprealimentado

+

Entrada

Controlador digital

-

Transductor o sensor

Retenedor

Ruido

+

+7

Formas de las señales en un sistema de controlDigital.

S/Hy

A/D

Computadora Digital

D/A

Reloj

Actuador Planta

+

-

Transductor o sensor

Retenedor

1. La operación de control se maneja con el reloj.2. La señal de error se convierte a forma digital mediante el circuito de muestreo

y retención y el convertidor análogo – digital. 3. La operación que transforma las señales en tiempo continuo en datos discretos

se denomina muestreo o discretización y su operación inversa se conoce comoretención de datos.

4. El proceso de conversión A/D se conoce como codificación y su operacióninversa (D/A) se denomina decodificación.

0 0 1

0 1 0

0 0 1

0 1 0

1 0 0

0 1 1

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El sistema numérico estándar utilizado para elprocesamiento de señales digitales es el binario.Para el caso de la cuantificación los n pulsospueden representar 2n niveles de amplitud oestados de salida.El nivel de cuantificación Q se define como elintervalo entre dos puntos adyacentes de decisión yestá dado por:

FSR – Intervalo a escala completa

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Error de cuantificaciónToda conversión A/D involucra un error decuantificación que varía entre 0 y ±½Q.La incertidumbre presente en el proceso decuantificación se conoce como ruido decuantificación.El error de cuantificación e(t) es la diferencia entrela señal de entrada y la salida cuantificada.

Y se encuentra definida en el intervalo:10

Diagrama de bloque de un cuantificador y suscaracterísticas de entrada – salida

Cuantificadorx(t) y(t)

Entrada analógica x(t) y salida discreta y(t)

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La conversión de señales que tiene lugar en elsistema de control digital involucra las siguientesoperaciones:1. Multiplexación y demultiplexación.2. Muestreo y retención3. Conversión analógico – digital (cuantificación y

codificación)4. Conversión digital – analógico (decodificación)

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Diagrama de bloques de un sistema de adquisición dedatos

Transductor Amplificador Filtrospaso - bajas

Multiplexor analógico

Muestreador y retenedor

Convertidor A/D

Variable física

Al controlador digital

Diagrama de bloques de un sistema de distribución dedatos

Registro Demultiplexor Convertidor D/A Retenedor

Del controlador digital

Al actuador

A continuación se estudiará cada componenteindividual involucrado en el sistema delprocesamiento de la señal.

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Multiplexor analógico:Dispositivo que lleva acabo la función decompartir en tiempo unconvertidor A/D entremuchos canales analógicos.

Demultiplexor: Sincronizado con la señal demuestreo de entrada, separa los datos digitales de lasalida compuesta, del controlador digital en loscanales originales. Cada uno de los canales estáconectado a un convertidor D/A para producir laseñal de salida analógica para ese canal. 14

Circuitos de muestreo y retención:Circuito de muestreo: Convierte una señalanalógica en un tren de pulsos de amplitudmodulada.Circuito de retención: Mantiene el valor del pulsode la señal muestreada durante un tiempoespecífico.El muestreador y el retenedor son necesarios en elconvertidor A/D para producir un número querepresente de manera precisa la señal de entrada enel instante de muestreo. 15

Diagrama simplificado para el muestreador yretenedor:

Existen dos modos de operación parael circuito de muestreo y retención:

1. Si el interruptor está cerrado (señal deentrada conectada), el modo deoperación es el de seguimiento.

2. Si el interruptor está abierto (señal deentrada desconectada) el modo deoperación es el de retención.

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