DEPARTAMENTO DE AUTOMATIZACION Y CONTROL PRACTICAS DE CONTROL AUTOMATICO

PRACTICA Nº 4

ESTUDIO DE CASO 1

EFECTOS DE ACCIONES DE CONTROL, SATURACION Y FILTRADO

OBJETIVOS

Observar los efectos de las diferentes acciones de control. Observar los efectos de saturación y filtrado en sistemas de control. Utilizar MATLAB Y SIMULINK para análisis y diseño de sistemas de control.

TRABAJO PREPARATORIO

1. Consulte el diseño de controladores ON-OFF.

El control on-off, también llamado todo-nada o abierto-cerrado, es la forma más sencilla de control por realimentación. Es una técnica de control de dos posiciones (on/off, abierto/cerrado, izq/der) en el que el elemento final de control sólo ocupa una de las dos posibles posiciones. El controlador no tiene la capacidad para producir un valor exacto en la variable controlada para un valor de referencia dado pues el controlador produce una continua desviación del valor de referencia.

La figura muestra la variable manipulada MV en función del error de control para el control on-off ideal, sin histéresis.

MV en función del error de control en un control on-off sin histéresis

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Para prevenir cambios continuos en la variable manipulada cuando el nivel se aproxima al setpoint, se usa un control on-off con histéresis, dándose el nombre de histéresis a la diferencia entre los tiempos de apagado y encendido del controlador.La figura muestra la variable manipulada MV en función del error de control para el control on-off con histéresis.

MV en función del error en un control on-off con histéresis

La función de transferencia de un controlador on/off

Los factores de ganancia de los controladores de adelanto y atraso o están incluidas en la ecuación, ya que estas ganancias y atenuaciones se compensan por el ajuste de la ganancia k.La función de transferencia del controlador tiene cuatro parámetros desconocidos . En general la parte de adelanto de fase del controlador se emplea primero para prósitos de alcanzar un tiempo de levantamiento más pequeño y un ancho de banda más grande y la parte de atraso de fase se emplea para proveer un mejor amortiguamiento del sistema.

Los controladores on-off han sustiuído a los relés convencionales utilizados en muchos procesos industriales. En lugar de disponer de pulsadores y relés para cirucitos de enclavamiento para acondicionamiento de motores de planta, con el correspondiente panel o cuadro de mandos, un controlador ON/OFF.

Con el siguiente ejemplo se ilustra los pasos del diseño. El sistema compensado con K=1 es inestable. Se selecciona primero el control de adelanto de fase con a=70 y T1=0.0004 el control de atraso de fase restante se puede diseñar mediante el método del lugar geométrico de las raíces. La tabla muestra los resultados, el hacer que T2 =2, que es un parámetro insensible, y varios valores de a. Los resultados muestran que que el valor óptimo de a2, desde el punto de vista de minimizar el sobrepaso máximo, para a1 = 70 y T2=0.00004, es de aproximadamente 0.2. el sistema con el controlador de adelanto-atraso debe ser más robusto

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En la figura se muestran las respuestas en escalón unitario del sistema con el control de atraso de fase de dos etapas, con el control de atraso de fase de una etapa y con el control de adelanto-atraso

2. Consulte el método de diseño de lazo menor de realimentación.

El control por realimentación" (o retroalimentación) es aquella en la que el dispositivo alcanza de forma automática los valores establecidos para sus variables de estado ("output") de forma muy precisa, a pesar de las variaciones que puedan producirse en la entrada ("input") del dispositivo.

El control por realimentación se llama también control de CICLO CERRADO, frente a los sistemas de control de CICLO ABIERTO, donde no hay comparación de las variables de estado con los valores deseados para las mismas. El sistema se

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realimenta a sí mismo, pues el control óptimo se obtiene como función del estado real del sistema. La misma variable que se desea regular retroalimenta el regulador o dispositivo de control. De esta forma, el control por feedback es autocorrectivo, por lo que si en el sistema se produce una perturbación imprevista, el sistema es capaz de corregirla.

El "feedback" o control de realimentación es el mecanismo básico por el cual los sistemas, sean mecánicos, eléctricos, o biológicos, mantienen su equilibrio u homeóstasis. En las formas de vida superiores, las condiciones bajo las cuales la vida puede mantenerse son muy estrictas. Un cambio en la temperatura corporal de medio grado centígrado es normalmente un signo de enfermedad. La homeóstasis del cuerpo se mantiene gracias al uso del control por retroalimentación.

La derivada de la señal de salida se usa para mejorar el desempeño del sistema. Al obtener la derivada de la señal de posición de salida es conveniente usar un tacómetro en lugar de diferenciar físicamente la señal de salida. (Observe que la diferenciación amplifica los efectos del ruido. De hecho, si existen ruidos discontinuos, la diferenciación amplifica éstos más que la señal útil. Por ejemplo, la salida de un potenciómetro es una señal de voltaje discontinua porque, conforme el cursor del potenciómetro se mueve sobre la bobina, se inducen voltajes en las vueltas de intercambio y, por tanto, se generan transitorios. Por tal razón, a la salida del potenciómetro no debe seguirle un elemento de diferenciación.)

Considere el sistema de seguimiento de la figura. En este aparato se realimenta la señal de velocidad a la entrada, junto con la señal de posición, para producir una señal de error.

En cualquier sistema de seguimiento, tal señal de velocidad se genera con facilidad mediante un tacómetro. El diagrama de bloques se simplifica, y se obtiene

La realimentación de velocidad tiene el efecto de aumentar el amortiguamiento. El factor de amortiguamiento relativo se convierte en:

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IA frecuencia natural no amortiguada un no se ve afectada por la realimentación de velocidad.

El sobrepaso máximo para una entrada escalón unitario se controla manejando el valor del factor de amortiguamiento relativo 5, se reduce el sobrepaso máximo ajustando la constante de realimentación de velocidad Kh para que 5 esté entre 0.4 y 0.7.

BIBLIOGRAFIA:

http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/283/6/T-ESPE-023123.pdf http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/handle/123456789/996 BENJAMIN, Kuo: Sistemas de Control Automático; Séptima Edición Ogata, Katsuhiko: Ingeniería de control Moderna; Tercera Edición