Control

5/13/2018 Control - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/control-55a750af9bffb 1/55

Introducción a la teoría decontrol

Ingeniería Mecatrónica

7º Semestre

Control

M. en C. J. Jesús Cano Morales

Ponentes

Mejía Trejo Miguel ÁngelReyes Cristino DanielTrejo Cruz Fabiola

Uribe Reyes Arely Stephanie



ContenidoIntroducción a la teoría de control

Reseña del desarrollo de los sistemas de control

Definiciones de controlx Control De sistemas lineal no lineal variante e

invariante en el tiempox Elementos que conforman los sistemas de

control retroalimentado. Lazo abierto Lazo cerrado

x Ejemplos de sistemas de control

Control Clásico vs Control moderno

Ingenieria Mecatronica




Objetivos

Tareas

Sistemade

control



En los años recientes, los sistemas de controlhan asumido un papel cada vez mas importanteen el desarrollo y el avance de la civilización y la

tecnología.

Prácticamente, cada aspecto de las actividadesde nuestra vida diaria esta afectada por un tipo

de control.




El control automático ha desempeñadouna función vital en el avance de laingeniería y la ciencia.


Siglo XV II James Watt



La influencia de la matemática en elsurgimiento de la Teoría de Control

Después de la Revolución Industrial, el diseño

de sistemas de control realimentado estabadesarrollándose por medio de prueba y error junto con mucha intuición de la ingeniería. Eramás un arte que una ciencia. En las matemáticas

de mediados del siglo XIX, primero fue usado elanálisis de la estabilidad de sistemas de controlrealimentado.




Control adaptativo para arranque degeneradores de vapor mediante redesneuronales dinámicas.

En 2002, Edgar N. Sánchez, Moisés Moheno,Dionisio A. Suárez, Agustín Quintero, diseñaron³U n arranque de una caldera de una plantatermo-eléctrica´ usando modelado difusoTAKAGI-SUGENO.




En 2003 desarrollaron un control predictivo multivariable para la generaciónde Ayudas en el arranque del generador devapor de una unidad termoeléctrica, basado

en redes neuronales para centrales termoeléctricas mexicanas. El fin de trabajo fueponer una referencia de ajuste al operador mas

no hacer control directo de las variables. Las variables de control son flujo de combustible y apertura del drenaje de vapor que sonautomáticos.




Aplicación moderna del control automático:Sistemas de control con robots

En el 2004, los exploradores marcianos "Spirit" y "Opportunity" son enviados por la NASA para

realizar estudios de la topografía marciana,transmitir fotografías y realizar análisisgeológicos.




Plataforma autónoma inteligentepara fútbol robot, 2008.

El problema que enfrenta el Agente MóvilControlado (AMC) en su entorno es la búsquedade una posición con línea de vista libre para

golpear la bola hacia la portería del equipocontrario, mientras esquiva adversarios en sucamino.





La arquitecturageneral de la plataformaconsta de diferenteselementos tales como la

cancha de juego, el sistemade visión por computador,los robots jugadores defútbol, el sistema de controlautomático para planeación

de trayectorias y,finalmente, la pelota de juego.



R edes neuronales y sistemas

expertos aplicados a la neurocienciay neurorobótica. 2009.

El enfoque es utilizar técnicas híbridas

de redes neuronales y sistemas expertos deúltima generación. La aplicación de redesneuronales a sistemas de robótica están muy comprobados pero la combinación en sistemashíbridos y su aplicación a la interfaz cerebro-

impulsos es un reto para abordar.




Vehículos No Tripulados (Uav Y Ugv),2010.

Ambos tipos de robots secaracterizan por losmismos aspectos, poseenmúltiples sensores y programas de controlavanzados y se

diferencian en el entornoen el cual son utilizados,los primeros en el aire y los segundos en el suelo.




Sistema para el control inteligente deun robot manipulador. 2011

En Junio del 2011 sedesarrollo una aplicación

que permite dotar decierto grado de inteligenciaa un robot manipulador, apartir del reconocimientode patrones con redes

neuronales, en imágenesdigitales. La aplicación escapaz de identificarobjetos previamentedefinidos, y determinar suposición.




Reseña del desarrollo de los sistemasde control El primer trabajo significativo en control

automático fue el regulador de velocidadcentrífugo de James Watt para el control de la velocidad de una máquina de vapor, en el sigloXV III. Minorsky, Hazen y Nyquist, entre

muchos otros, aportaron trabajos importantesen las etapas iniciales del desarrollo de la teoríade control.




1922

Minorsky trabajó en los controladores automáticos

para dirigir embarcaciones, y mostró que la estabilidadpuede determinarse a partir de las ecuacionesdiferenciales que describen el sistema.

1932

Nyquist diseñó un procedimiento relativamente simplepara determinar la estabilidad de sistemas en lazocerrado, con base en la respuesta en lazo abierto enestado estable cuando la entrada aplicada es unasenoidal.

1934

Hazen, quien introdujo el término servomecanismospara los sistemas de control de posición, analizó eldiseño de los servomecanismos con relevadores, capacesde seguir con precisión una entrada cambiante.





Los métodos de la respuesta en frecuencia hicieron

posible que los ingenieros diseñaran sistemas decontrol lineales en lazo cerrado que cumplieran conlos requerimientos de desempeño

Se desarrolló por completo el método del lugar

geométrico de las raíces propuesto por Ev ans.

Se investigaron a fondo el control óptimo tantode sistemas determinísticos como estocásticos, y el control adaptable, mediante el aprendizaje de

sistemas complejos.

Los descubrimientos en la teoría de control modernase centraron en el control robusto, el control de H

gy

temas asociados.

40 --

50

60 --80

80

40¶s



1.2.1

CONTROL DE SISTEMAS LINE AL,

NO LINE AL, VARIANTE E

INVARIANTE EN EL TIEMPO




Sistema Lineal

Un sistema lineal es aquel que posee lapropiedad de superposición. Dicha propiedad serefiere a que si una entrada es la combinaciónlineal (suma ponderada) de varias señales.




Sistemas no LinealesLos sistemas lineales no existen en la práctica, ya

que todos los sistemas físicos son no lineales en algúngrado.

Tres son las fuentes principales de no-linealidad:

G randes deformaciones: cuando los desplazamientos

son grandes, las ecuaciones de equilibrio no se puedenplantear sobre la geometría inicial del problema, sinosobre la final. Además, en las relaciones entredeformación unitaria y desplazamiento deben retenerselos términos cuadráticos, resultando relaciones

asimismo no lineales.




Determinados tipos de rozamiento o amortiguamiento:

el ejemplo más claro de no linealidad de esta clase es elrozamiento de Coulomb o rozamiento seco, un ejemploparticularmente sencillo de no cumplimiento delPrincipio de Superposición.

No-linealidad en las ecuaciones constitutivas del material : algunos materiales como el acero, presentanesta no-linealidad sólo para valores grandes de losesfuerzos. La plasticidad es un caso típico de no-

linealidad.

Muy seguido las características no lineales sonintroducidas en forma intencional en un sistema de controlpara mejorar su desempeño o proveer un control más

efectivo.




Sistemas Variantes en el TiempoSon los sistemas cuyas características (tal

como el valor de masas o resistencias) cambian en

el tiempo. Los valores de los elementos puedencambiar debido a factores ambientales tales comotemperatura o radiación.

Por ejemplo, la resistencia de la bobina de unmotor eléctrico variará cuando el motor esexcitado por primera vez y su temperatura estáaumentando.




Sistemas Invariantes en el Tiempo

Cuando los parámetros del sistema de

control son estacionarios con respecto al tiempodurante la operación del sistema.

Un sistema se dice invariante en el tiempo, si

un desplazamiento en el tiempo de la entradaresulta en un desplazamiento idéntico de la salidasin que cambie la forma de onda o perfil de laseñal.




1.2.2

ELEMENTOS QUE CONFORMAN

LOS SISTEMAS DE CONTROL

R ETROALIMENTADOS




Sistemas de control en lazo abierto

Son sistemas en los cuales la salida noafecta la acción de control. En otras palabras,no se mide la salida ni se realimenta paracompararla con la entrada




Elemento de control. Este elemento determina qué acciónse va a tomar dada una entrada al sistema de control.

Elemento de corrección. Este elemento responde a laentrada que viene del elemento de control e inicia la acciónpara producir el cambio en la variable controlada al valorrequerido.

Proceso. El proceso o planta es el sistema en el que se va a

controlar la variable.




Sistemas de control en lazo cerrado

También denominados sistemas decontrol realimentados, son sistemas quemantienen una relación prescrita entre lasalida y la entrada de referencia,

comparándolas y usando la diferencia comomedio de control.




Elemento de comparación. Este elemento compara el valorrequerido o de referencia de la variable por controlar con el valor

medido de lo que se obtiene a la salida, y produce una señal deerror, la cual indica la diferencia del valor obtenido a la salida y el

valor requerido.

Señal de error = señal de valor de referencia ± señal de valor medio




Elemento de control. Este elemento decide qué accióntomar cuando recibe una señal de error. A menudo se utilizael término controlador para un elemento que incorpora elelemento de control y la unidad de corrección.

Elemento de corrección. Este elemento se utiliza para

producir un cambio en el proceso al eliminar el error y confrecuencia se denomina actuador.

Elemento proceso. El proceso o planta, es el sistema dondese va a controlar la variable.

Elemento de medición. Este elemento produce una señalrelacionada con la condición de la variable controlada, y proporciona la señal de realimentación al elemento decomparación para determinar si hay o no error




1.2.3

EJEMPLOS DE SISTEMASDE CONTROL




Sistema de control de velocidadLa planta (el sistema

controlado) es la máquina y la variable controlada es la

velocidad de la misma. Ladiferencia entre la velocidaddeseada y la velocidad real es laseñal de error. La señal de control(la cantidad de combustible) quese va a aplicar a la planta (lamáquina) es la señal deactuación. La entrada externa quese aplica para afectar la variablecontrolada es la perturbación. Uncambio inesperado en la carga es

una perturbación.


El principio básico del regulador de velocidadde Watt para una máquina de vapor.



Sistema de control de un robot.

El robot levanta laparte y la mueve a un lugar

conveniente para suensamble, y despuésensambla varias partespara formar un

componente. Unacomputadora digital bienprogramada funciona comocontrolador.

Robot que usa un proceso dereconocimiento de patrones




Sistema de control de temperatura

Sistema de Control de Temperatura




Control Clásico vs Control Moderno

El control clásico está pensado para sistemas:

Continuos ± Lineales ± In v ariantes en el tiempo.

El control moderno está pensado para sistemas

Digitales - lineales o no lineales

generalmente usa técnicas de espacio de estado.




Características del control clásico El control clásico hace uso de los métodos de

regulación tales como: sistemas mecánicos,

hidráulicos, neumáticos o eléctricos y electrónicos. Todas las señales son continuas y que los

sistemas son lineales. Si no son lineales, se

realizan estrategias de linealización. Los sistemas que conforman al control clásico

son univariables y lo más importante soninvariantes en el tiempo.




Características del Control Moderno El Control Moderno se diferencia del control

clásico desde la llegada de los sistemas digitales.

El procesador es la principal herramienta delControl Moderno, dando la posibilidad deimplementar controles de sistemas no lineales y multivariables.

Se forma a partir de varias ramas de estudio,siendo las más importantes, El Control Adaptativo, El Control Robusto y El ControlInteligente.




Esquemas




Contralibilidad

El tema de controlabilidad estárelacionado con una entrada de control que sesupone como existente y que llevará al estado delsistema a un destino determinado. Un

requerimiento primordial en el diseño de unsistema de control automático es contar consistemas controlables.




Observabilidad

El tema de observabilidad se enfoca en elproblema de determinar el estado x(t) a partirde las mediciones y(t). Frecuentemente lasmediciones contienen solamente algunos de losestados. Se dice que un sistema es observable si esposible inferir el estado inicial x(O), a partir deun conjunto de mediciones de la salida y(t)sobre un intervalo finito de tiempo [O,T].




Esquemas de control inteligente

El control inteligente es una generalizacióndel concepto de control y se puede ver como un

campo dentro de la disciplina del control. Elcontrol inteligente es la disciplina donde losmétodos de control se desarrollan paraemular algunas características importantes del

ser humano. Estas características incluyenadaptación y aprendizaje, planeación bajogran incertidumbre y el trabajo con grancantidad de datos.




Control Difuso

El resultado de este diseño es uncontrolador heurístico basado en conocimiento,utilizado para controlar un sistema complejo eindefinido. Un controlador difuso es

esencialmente un controlador no lineal.




La función involucrada en el primer bloque, la

fuzzificación, tiene el objetivo de tomar el valor dela señal leída del proceso (en este esquema es laseñal de error) y transformarla en una señalentendible por el sistema difuso. La funcióndefuzzificación tiene el objetivo de convertir elresultado del bloque etiquetado como inferencia,que es un resultado difuso, a un resultadoentendible para el proceso. Finalmente el bloqueetiquetado como Inferencia se encarga de realizar

todo el razonamiento del sistema de control.




Control neuronal

Para aplicaciones en las industrias deprocesos, lo más relevante tiene que ver con eluso de redes neuronales como identificadoresde procesos o como sistemas que optimizan el

funcionamiento de un controlador.




donde: p = valor de la señal de entrada

b = valor conocido como polarización (³bias´) w = valor conocido como peso y es el que se ajusta

en el proceso de entrenamiento f = función de activación.




C

apa de neuronas




Funciones de activación




Control Neurodifuso

Un sistema neurodifuso es unacombinación de redes neuronales y sistemasdifusos de tal forma que la red neuronal o losalgoritmos de aprendizaje de la red neuronal se

usan para determinar parámetros del sistemadifuso.




CONCLUSION

Este trabajo de investigación llega a su fin despuésde haber finalizado la recopilación y haber obtenido

los datos necesarios para poder realizar unreconocimiento de lo que uno puede encontrar en elcontrol de sistemas, de forma que esta informaciónes susceptible de ser utilizada en el futuro. En estereconocimiento se remarcan las ventajas einconvenientes a la hora de utilizar los distintostipos de modelos de control en plantas y paraproporcionar las diversas diferencias entre el controlclásico, el control moderno y el control inteligente.




REFERENCIAS

http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=474&edi=11&xit=introduccion-historica-del-control-automatico

Aguirre, M. Control adaptativo para arranque de generadores de vapor mediante redes neuronales dinámicas. uct.[online]. jun. 2009, vol.13, no.51, p.121-128. Disponible en la World Wide Web:

<http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1316-

48212009000200007&lng=es&nrm=iso>.I

SSN 1316-

4821.

Rodríguez G, C. H., Delgado R, A., Plataforma Autónoma Inteligente Para Fútbol Robot, ( 2008). Ingeniería e Investigación, abril, año/vol. 28, número 001. Universidad Nacional de Colombia

http://knowdler.lacoctelera.net/post/2009/09/18/redes-neuronales- y -sistemas-expertos-aplicados-la-neurociencia

http://e-archivo.uc3m.es/bitstream/10016/7650/1/PFC_Tomas_Rebollo_Balaguer.pdf

Boudy Glz, S.O., León M. J. A., Estrada R Y. E. Sistema para el control inteligente de un robot manipulador. uct. [online]. jun. 2011, vol.20, no. 2. Disponible en la World Wide Web: http://scielo.sld.cu/scielo.php?pid=S2071-00542011000200005&script=sci_arttext

Katsuhiko Ogata. Ingeniería de Control Moderna. (3ª. Edición). México D.F. Ed. Pearson Education.

Sistemas Lineales. http://lc.fie.umich.mx/~jrincon/curlineales.pdf


Control

Documents

Transcript of Control