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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
EXTENSIÓN MATURÍN

SISTEMA CONTROL

Profesor:

Realizado por:

Ing. MariangelaPollonais

Jose Tortoza
C.I. 22926830

Materia:
Teoria de control

Semestre:

Lapso: 2014-II

Sección:

Maturín, Enero de 2013

VII
Virtual- V
ÍNDICE
P.p
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………….1
DESARROLLO
TEÓRICO……………………………………………………….ERROR!
BOOKMARK NOT DEFINED.
Teorías………………………………………………………………………..Err
or! Bookmark not defined.
Esquema de un sistema de control……………………………………………2
Definición de controlador…………………………………………………....3
Compensación en adelanto…………………………………………………...3
Compensación en atraso……………………………………………………...4
Tipos de controladores……………………………………………………….5
Acciones de control en la respuesta del sistema………………………...……7
Ejemplos prácticos……………………………………………………..……..7
CONCLUSION……………………………………………………………...……..9

i
INTRODUCCIÓN

Los sistemas de control existen desde el momento en que existió la primera
forma de vida en el universo. En el cuerpo humano, estos son sumamente complejos
y han tomado millones de años en desarrollarse y evolucionar. En el mundo
tecnológico los sistemas de control van desde el simple control de llenado del tanque,
hasta sistemas de pilotos automáticos de vehículos espaciales. La demanda de
la tecnología moderna requiere que cada día se mejoren los sistemas de control y se
desarrollen nuevos métodos para su diseño. La industria electrónica experimentó una
explosión en la demanda de ordenadores, teléfonos móviles, dispositivos
de comunicación de gran ancho de banda. Estos y otros productos exigían sistemas
con pocos circuitos integrados, aunque muy complejos, en pequeñas placas de
circuitos impresos. El problema se encontraba en la posibilidad por parte de los
profesionales de diseño electrónico, de integrar diseños complejos en tiempos cada
vez más cortos, lo que necesitaba de nuevas tecnologías de diseño y validación.

1
DESARROLLO DE TEORIA

1. Esquema de un sistema de control:
Un sistema de control industrial que consiste en un controlador automático, un
actuador o accionador, una planta y un sensor (elemento de medición). El controlador
detecta la señal de error, que suele estar a un nivel de potencia muy baja, y la
amplifica a un nivel suficientemente alto

DIAGRAMA DE BLOQUE DE UN SISTEMA DE CONTROL INDUSTRIAL

El controlado automático está constituido por un detector de error y un
amplificador. También suele haber un circuito de retroalimentación adecuado, justo
con un amplificador, que se utiliza para alterar la señal de error amplificadola, y a
veces diferenciándola y/o integrandola, para una mejor señal de control. El actuador
es un dispositivo de potencia que produce la entrada a la planta, de acuerdo con la
señal de control, de modo que la señal de retroalimentación corresponda a la señal de
entrada de referencia. La señal de un controlador alimentado a un actuador o
accionador, que bien pueden ser un motor.

El sensor o elemento de medición e un dispoditivo que convierte la variable
de la salida en otra variable adecuada, como un desplazamiento, o voltaje, que se

2
utiliza para comparar la salida con la señal de entrada de referencia. Este elemento es
el camino de retroalimentación en el sistema de lazo cerrado

2. Definición de controlador:
En la acción o el efecto de poder decir sobre el desarrollo de un proceso o
sistema. También se puede entender como la forma de manipular ciertas variables
para conseguir que ellas u otras variables actúen en la forma deseada.

3. Compensación en adelanto:
La función de transferencia del compensador en adelanto es:

Para prever los efectos de este compensador en el sistema compensado, se
analiza a continuación el diagrama polar y también el diagrama de Bode del
compensador en adelanto.

Diagrama polar de la red de adelanto:

Notese que

3
El diagrama de Bode de la red de adelanto se muestra a continuación.

4. Compensación en atraso:
Función de transferencia del compensador

Diagrama de Bode de la red de atraso:

5. Tipos de controladores:
Los sistemas de reguladores se pueden clasificar en:

Sistema de bucle o lazo abierto: Son aquellos en los que la acción de control
es independiente de la salida.

4
Sistema de bucle o lazo cerrado: Son aquellos en lo que la acción de control
depende en cierto modo, de la salida.
 Sistemas d control en lazo abierto:
Un sistema de control en lazo o bucle abierto es aquel en el que la señal de la
salida no influye sobre la señal de entrada. La exactitud de estos sistemas depende de
su clasificación, de manera que al calibrar se establece una relación entre la entrada y
la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada.

El diagrama de bloque de un sistema en lazo abierto es:

El sistema e controla bien directamente, o bien mediante un transductor y un
actuador. El esquema típico del sistema será, en este caso:

El transductor modifica o adapta la naturaleza de la señal de entrada al sistema
de control. En el caso del sistema de control de la temperatura de una habitación, para
que sea un sistema abierto en necesario que no exista termostato, de manera que siga
funcionando permanentemente del sistema seria la temperatura ideal de la habitación;
la planta o proceso seria la habitación y la salida seria la temperatura real de la
habitación. El

tranductor podría ser un dial en el que definamos el tiempo de

funcionamiento y el actuador el propio foco de calefacción (caldera o radiación).

5
 Sistema de control en lazo cerrado:
Si es un sistema en lazo abierto existen perturbaciones, no se obtiene siempre
la variable de salida deseada. Convierte, por tanto, utilizar un sistema en el que haya
una relación entre la salida y la entrada. Un sistema de control de lazo cerrado es
aquel en el que la acción de control es, en cierto modo, dependiente de la salida. La
señal de la salida influye en la entrada. Para esto es necesario que la entrada sea
modificada en cada instante en función de la salida. Esto se consigue por medio de lo
que llamamos realimentación o retroalimentación (feeedback). La realimentación es
ela propiedad de un sistema en lazo cerrado por la cual la salida (o cualquier otra
variable del sistema que esté controlada) se compara con la entrada del sistema (o una
de sus entradas), de manera que la acción de control se establezca con una función de
ambas.

Por lo tanto podemos definir también los sistemas de control en lazo cerrado
como aquellos sistemas en los que existe una realimentación de la señal de salida, de
manera que este ejerce un efecto sobre la acción de control.

El diagrama de bloques corresponde a un sistema de control en lazo cerrado
es:

El controlador está formado por todos los elementos de control y a la planta
también se le llama proceso. En este esquema se observa cómo la salida es
realimentada hacia la entrada. Ambas se comparan, y la diferencia que existe entre la
entrada, que es la señal de referencia o consigna (señal de mando), y el valor de la
salida (señal realimentada) se conoce como error o señal de error. La señal que

6
entrega el controlador se llama señal de control o manipulada y la entregada por la
salida, señal controlada. El error, o diferencia entre los valores de la entrada y de la
salida, actúa sobre los elementos de control en el sentido de reducirse a cero y llevar
la salida a su valor correcto. Se intenta que el sistema siga siempre a la señal de
consigna.

6. Modelo matemático que define a cada uno:
Dado que no es posible conocer las propiedades y el comportamiento de un
sistema físico, es necesario recurrir a un modelo matemático. El análisis del modelo
matemático permitirá conocer las propiedades del sistema físico. El modelo
matemático se obtiene a partir de un conjuntos de aproximaciones y simplificaciones.

7. Ejemplos prácticos:
Control de la dirección de un automóvil:

Como un ejemplo simple del sistema de control, se considera el sistema de
control de la dirección de un automóvil. La dirección de las dos ruedas delanteras se
puede visualizar como la variable controlada, o la salida y la dirección del volante es
la señal actuante, o la entrada u. el sistema de control o proceso en este caso, está
compuesta del mecanismo de la dirección y de la dinámica del automóvil completo.
Sin embargo, si el objetivo es controlar la velocidad del automóvil, entonces la
presión ejercida sobre el acelerador seria la señal actuante, y la velocidad del
7
automóvil seria la variable controlada. El sistema de control total simplificado de un
automóvil se puede ver como una con dos entradas (volante y acelerador) y dos salida
(dirección y velocidad). En este caso las dos entradas y las dos salidas son
independientes, pero en general, hay sistemas en que los controles están acoplados.
Los sistemas con más de una entrada y más de una salida son llamados sistemas
multivariables

8
CONCLUSION

Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos
conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por
sí mismos, es decir sin intervención de agentes exteriores (incluido el factor humano),
corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento.

El control automático es el mantenimiento de un valor deseado para una
cantidad o condición física, midiendo su valor actual, comparándolo con el valor
referencia, y utilizando la diferencia para proceder a reducirla mediante una acción
correctiva. En consecuencia, el control automático exige un lazo cerrado de acción y
reacción que funcione sin intervención humana. El control automático de procesos es
una de las disciplinas que se ha desarrollado a una velocidad vertiginosa, dando las
bases a lo que hoy algunos autores llaman la segunda revolución industrial. El uso
intensivo de las técnicas del control automático de procesos tiene como origen la
evolución y tecnificación de las tecnologías de medición y control aplicadas al
ambiente industrial.

9

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Teoria de control

  • 1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA EXTENSIÓN MATURÍN SISTEMA CONTROL Profesor: Realizado por: Ing. MariangelaPollonais Jose Tortoza C.I. 22926830 Materia: Teoria de control Semestre: Lapso: 2014-II Sección: Maturín, Enero de 2013 VII Virtual- V
  • 2. ÍNDICE P.p INTRODUCCIÓN………………………………………………………………….1 DESARROLLO TEÓRICO……………………………………………………….ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. Teorías………………………………………………………………………..Err or! Bookmark not defined. Esquema de un sistema de control……………………………………………2 Definición de controlador…………………………………………………....3 Compensación en adelanto…………………………………………………...3 Compensación en atraso……………………………………………………...4 Tipos de controladores……………………………………………………….5 Acciones de control en la respuesta del sistema………………………...……7 Ejemplos prácticos……………………………………………………..……..7 CONCLUSION……………………………………………………………...……..9 i
  • 3. INTRODUCCIÓN Los sistemas de control existen desde el momento en que existió la primera forma de vida en el universo. En el cuerpo humano, estos son sumamente complejos y han tomado millones de años en desarrollarse y evolucionar. En el mundo tecnológico los sistemas de control van desde el simple control de llenado del tanque, hasta sistemas de pilotos automáticos de vehículos espaciales. La demanda de la tecnología moderna requiere que cada día se mejoren los sistemas de control y se desarrollen nuevos métodos para su diseño. La industria electrónica experimentó una explosión en la demanda de ordenadores, teléfonos móviles, dispositivos de comunicación de gran ancho de banda. Estos y otros productos exigían sistemas con pocos circuitos integrados, aunque muy complejos, en pequeñas placas de circuitos impresos. El problema se encontraba en la posibilidad por parte de los profesionales de diseño electrónico, de integrar diseños complejos en tiempos cada vez más cortos, lo que necesitaba de nuevas tecnologías de diseño y validación. 1
  • 4. DESARROLLO DE TEORIA 1. Esquema de un sistema de control: Un sistema de control industrial que consiste en un controlador automático, un actuador o accionador, una planta y un sensor (elemento de medición). El controlador detecta la señal de error, que suele estar a un nivel de potencia muy baja, y la amplifica a un nivel suficientemente alto DIAGRAMA DE BLOQUE DE UN SISTEMA DE CONTROL INDUSTRIAL El controlado automático está constituido por un detector de error y un amplificador. También suele haber un circuito de retroalimentación adecuado, justo con un amplificador, que se utiliza para alterar la señal de error amplificadola, y a veces diferenciándola y/o integrandola, para una mejor señal de control. El actuador es un dispositivo de potencia que produce la entrada a la planta, de acuerdo con la señal de control, de modo que la señal de retroalimentación corresponda a la señal de entrada de referencia. La señal de un controlador alimentado a un actuador o accionador, que bien pueden ser un motor. El sensor o elemento de medición e un dispoditivo que convierte la variable de la salida en otra variable adecuada, como un desplazamiento, o voltaje, que se 2
  • 5. utiliza para comparar la salida con la señal de entrada de referencia. Este elemento es el camino de retroalimentación en el sistema de lazo cerrado 2. Definición de controlador: En la acción o el efecto de poder decir sobre el desarrollo de un proceso o sistema. También se puede entender como la forma de manipular ciertas variables para conseguir que ellas u otras variables actúen en la forma deseada. 3. Compensación en adelanto: La función de transferencia del compensador en adelanto es: Para prever los efectos de este compensador en el sistema compensado, se analiza a continuación el diagrama polar y también el diagrama de Bode del compensador en adelanto. Diagrama polar de la red de adelanto: Notese que 3
  • 6. El diagrama de Bode de la red de adelanto se muestra a continuación. 4. Compensación en atraso: Función de transferencia del compensador Diagrama de Bode de la red de atraso: 5. Tipos de controladores: Los sistemas de reguladores se pueden clasificar en: Sistema de bucle o lazo abierto: Son aquellos en los que la acción de control es independiente de la salida. 4
  • 7. Sistema de bucle o lazo cerrado: Son aquellos en lo que la acción de control depende en cierto modo, de la salida.  Sistemas d control en lazo abierto: Un sistema de control en lazo o bucle abierto es aquel en el que la señal de la salida no influye sobre la señal de entrada. La exactitud de estos sistemas depende de su clasificación, de manera que al calibrar se establece una relación entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada. El diagrama de bloque de un sistema en lazo abierto es: El sistema e controla bien directamente, o bien mediante un transductor y un actuador. El esquema típico del sistema será, en este caso: El transductor modifica o adapta la naturaleza de la señal de entrada al sistema de control. En el caso del sistema de control de la temperatura de una habitación, para que sea un sistema abierto en necesario que no exista termostato, de manera que siga funcionando permanentemente del sistema seria la temperatura ideal de la habitación; la planta o proceso seria la habitación y la salida seria la temperatura real de la habitación. El tranductor podría ser un dial en el que definamos el tiempo de funcionamiento y el actuador el propio foco de calefacción (caldera o radiación). 5
  • 8.  Sistema de control en lazo cerrado: Si es un sistema en lazo abierto existen perturbaciones, no se obtiene siempre la variable de salida deseada. Convierte, por tanto, utilizar un sistema en el que haya una relación entre la salida y la entrada. Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que la acción de control es, en cierto modo, dependiente de la salida. La señal de la salida influye en la entrada. Para esto es necesario que la entrada sea modificada en cada instante en función de la salida. Esto se consigue por medio de lo que llamamos realimentación o retroalimentación (feeedback). La realimentación es ela propiedad de un sistema en lazo cerrado por la cual la salida (o cualquier otra variable del sistema que esté controlada) se compara con la entrada del sistema (o una de sus entradas), de manera que la acción de control se establezca con una función de ambas. Por lo tanto podemos definir también los sistemas de control en lazo cerrado como aquellos sistemas en los que existe una realimentación de la señal de salida, de manera que este ejerce un efecto sobre la acción de control. El diagrama de bloques corresponde a un sistema de control en lazo cerrado es: El controlador está formado por todos los elementos de control y a la planta también se le llama proceso. En este esquema se observa cómo la salida es realimentada hacia la entrada. Ambas se comparan, y la diferencia que existe entre la entrada, que es la señal de referencia o consigna (señal de mando), y el valor de la salida (señal realimentada) se conoce como error o señal de error. La señal que 6
  • 9. entrega el controlador se llama señal de control o manipulada y la entregada por la salida, señal controlada. El error, o diferencia entre los valores de la entrada y de la salida, actúa sobre los elementos de control en el sentido de reducirse a cero y llevar la salida a su valor correcto. Se intenta que el sistema siga siempre a la señal de consigna. 6. Modelo matemático que define a cada uno: Dado que no es posible conocer las propiedades y el comportamiento de un sistema físico, es necesario recurrir a un modelo matemático. El análisis del modelo matemático permitirá conocer las propiedades del sistema físico. El modelo matemático se obtiene a partir de un conjuntos de aproximaciones y simplificaciones. 7. Ejemplos prácticos: Control de la dirección de un automóvil: Como un ejemplo simple del sistema de control, se considera el sistema de control de la dirección de un automóvil. La dirección de las dos ruedas delanteras se puede visualizar como la variable controlada, o la salida y la dirección del volante es la señal actuante, o la entrada u. el sistema de control o proceso en este caso, está compuesta del mecanismo de la dirección y de la dinámica del automóvil completo. Sin embargo, si el objetivo es controlar la velocidad del automóvil, entonces la presión ejercida sobre el acelerador seria la señal actuante, y la velocidad del 7
  • 10. automóvil seria la variable controlada. El sistema de control total simplificado de un automóvil se puede ver como una con dos entradas (volante y acelerador) y dos salida (dirección y velocidad). En este caso las dos entradas y las dos salidas son independientes, pero en general, hay sistemas en que los controles están acoplados. Los sistemas con más de una entrada y más de una salida son llamados sistemas multivariables 8
  • 11. CONCLUSION Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, es decir sin intervención de agentes exteriores (incluido el factor humano), corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento. El control automático es el mantenimiento de un valor deseado para una cantidad o condición física, midiendo su valor actual, comparándolo con el valor referencia, y utilizando la diferencia para proceder a reducirla mediante una acción correctiva. En consecuencia, el control automático exige un lazo cerrado de acción y reacción que funcione sin intervención humana. El control automático de procesos es una de las disciplinas que se ha desarrollado a una velocidad vertiginosa, dando las bases a lo que hoy algunos autores llaman la segunda revolución industrial. El uso intensivo de las técnicas del control automático de procesos tiene como origen la evolución y tecnificación de las tecnologías de medición y control aplicadas al ambiente industrial. 9