Dinamica aplicada clase, Enfoque para el diseño de control, donde se traduce las especificaciones de ingenieria en requisitos de control, el diseño de un controaldor para cumpli esas especificaciones

1. Diseño de sistemas de control de retroalimentación
PID
Proporcional – Integral - Derivativo

2. Diseño de controladores
1. Requerimientos de control
2. Diseño mediante posicionamiento de polos
3. Introducción a controladores PID

3. Requerimientos de control
Enfoque para el diseño de control: traduzca las
especificaciones de ingeniería en requisitos de
control, el diseño de un controlador para cumplir
esas especificaciones
Ejemplo de especificaciones transitorias
Ejemplo de especificaciones de estado estacionario
Por lo general, se requiere que el error de estado estable sea
menor que alguna cantidad, ess <0.02
Puede usar el teorema del valor final para diferentes tipos de
entradas de referencia

4. Ejemplo
▪ Cual es el resultado del error en estado
estacionario de este sistema para una referencia
de rampa unitaria.

5. Ejemplo cont.
▪ Remplazando los valores para m=5,b=1, KI
=69.3 y KP=19.

6. Ejemplo cont.

7. Posicionamiento de polos
▪ Los polos de un sistema afectan el tiempo
de respuesta
▪ Elija las ganancias del controlador (por
ejemplo, KP, KI y KD) para que los polos
del sistema de lazo cerrado cumplan con
los requisitos dados
▪ Si el sistema es simple (primer orden o
segundo orden) puede emplear álgebra
▪ El proceso es generalmente iterativo

8. Ejemplo
▪ Encuentre la función de transferencia de lazo
cerrado para un sistema de control de crucero con
controlador PI

9. Ejemplo cont.

10. Ejemplo cont.

11. Ejemplo cont.
(ts más pequeño)
d decrece,  se hace grande,
tp se incrementa,
Mp decrese

12. Ejemplo cont.
(ts no cambia)
d incrementa (tp decrece),
 se hace pequeña,
(Mp incrementa)

13. Las características de los controladores P, I y D
Un controlador proporcional (Kp) tendrá el efecto de reducir
el tiempo de subida y reducirá, pero nunca eliminará, el error
de estado estacionario.

14. Las características de los controladores P, I y D
Un control integral (Ki) tendrá el efecto de eliminar el error de
estado estacionario, pero puede empeorar la respuesta
transitoria.

15. Las características de los controladores P, I y D
Un control derivado (Kd) tendrá el efecto de aumentar la
estabilidad del sistema, reducir el sobreimpulso y mejorar la
respuesta transitoria.

16. Controlador P, I y D

17. Control proporcional
Al emplear solo el control proporcional, se produce un
error de estado estable.

18. Control proporcional, derivativo
Se pueden alcanzar todas las especificaciones de diseño.

19. Control proporcional e integral
La respuesta se vuelve más oscilatoria y necesita más
tiempo para resolverse, el error desaparece.

20. RESPUESTALC
TIEMPO DE
SUBIDA
SOBRESALTO
TIEMPO DE
ASENTAMIENTO
ERROR E-E
Kp
Disminuye Aumenta Pequeño cambio Disminuye
Ki
Disminuye Aumenta Aumenta
Eliminado
Kd Pequeño
cambio
Disminuye Disminuye
Pequeño
cambio
Las características de los controladores P, I y D

21. Consejos para diseñar un controlador PID
1. Obtenga una respuesta de lazo abierto y determine qué necesita mejorar
2. Agregue un control proporcional para mejorar el tiempo de subida
3. Agregue un control derivado para mejorar el sobreimpulso
4. Agregue un control integral para eliminar el error de estado estacionario
Ajuste cada uno de Kp, Ki y Kd hasta obtener la respuesta general deseada.
Por último, tenga en cuenta que no necesita implementar los tres
controladores (proporcional, derivado e integral) en un solo sistema, si no es
necesario. Por ejemplo, si un controlador PI da una respuesta lo
suficientemente buena (como el ejemplo anterior), entonces no necesita
implementar un controlador derivado en el sistema. Mantenga el controlador
lo más simple posible.

22. Diferentes tipos de control de retroalimentación
Control de encendido y apagado
Esta es la forma más simple de control.

23. Control Proporcional
Un controlador proporcional intenta funcionar mejor que el tipo On-off aplicando
potencia en proporción a la diferencia de temperatura entre el punto de medición y
el punto de ajuste. A medida que aumenta la ganancia, el sistema responde más
rápido a los cambios en el punto de ajuste, pero se vuelve progresivamente
amortiguado y eventualmente inestable. La temperatura final se encuentra por
debajo del punto de ajuste para este sistema porque se requiere alguna diferencia
para mantener el calentador suministrando energía.

24. Control Proporcional, Derivativo
Los problemas de estabilidad y sobreimpulso que surgen cuando se usa un
controlador proporcional con alta ganancia se pueden mitigar agregando un
término proporcional a la derivada temporal de la señal de error. El valor de
la amortiguación se puede ajustar para lograr una respuesta críticamente
amortiguada.

25. Control Proportional+Integral+Derivativo
Aunque el control de PD se ocupa claramente de los problemas de
sobreimpulso y timbre asociados con el control proporcional, no
soluciona el problema con el error de estado estacionario.
Afortunadamente, es posible eliminar esto mientras se usa una ganancia
relativamente baja al agregar un término integral a la función de control.

26. Ejemplos de diseño de controladores PID

27. Ejemplos de diseño de controladores PID

28. Ejemplos de diseño de controladores PID

29. Ejemplos de diseño de controladores PID

30. Ejemplos de diseño de controladores PID

31. Ejemplos de diseño de controladores PID

32. Ejemplos de diseño de controladores PID

33. Ejemplos de diseño de controladores PID

34. Ejemplos de diseño de controladores PID

35. Ejemplos de diseño de controladores PID

36. Ejemplos de diseño de controladores PID

37. Ejemplos de diseño de controladores PID

38. Ejemplos de diseño de controladores PID