FUNDAMENTOS DE SISTEMAS DE CONTROLSESIN 1ESCUELA DE INGENIERA INDUSTRIALIng. Alejandro Soto

Qu es control?Controlar un proceso consiste en mantener constantes ciertas variables, prefijadas de antemano. Las variables controladas pueden ser, por ejemplo: Presin, Temperatura, Nivel, Caudal, Humedad, etc. Un sistema de control es el conjunto de elementos, que hace posible que otro sistema, proceso o planta permanezca fiel a un programa establecido.

Ejemplo de sistema de controlTemperatura de nuestro cuerpo; si la temperatura sube por encima de 37C, se suda, refrescando el cuerpo.

Si la Temperatura tiende a bajar de 37C, el cuerpo, involuntariamente, comienza a temblar, contraccin muscular que calienta nuestro cuerpo, haciendo que se normalice nuestra temperatura. Por tanto, en este caso:Sistema de medida o sensores -> Clulas nerviosas de la pielSeal de consigna -> 37CAccin de control de la temperatura -> Sudar o temblar

Concepto de sealEn los sistemas de control, una magnitud fsica variable se representa generalmente mediante una seal elctrica que vara de manera tal que describe dicha magnitud.Por ejemplo, una seal elctrica ser la variacin de la salida de tensin de un termopar que mide temperatura y la variacin de temperatura la transforma en variacin de tensin. Los dispositivos, circuitos y sistemas electrnicos manipulan seales elctricas.

Tipos de seales elctricasSeal analgica (n infinito de valores) y que tiene una variacin continua en el tiempo.Seal digital (n finito de valores) y que tiene una variacin discreta de valores en el tiempo.Seal digital binaria (dos valores concretos, 1 y 0) la seal elctrica slo puede adoptar dos niveles de tensin.

Ventajas de utilizar seales elctricasResulta muy sencillo procesarlas mediante circuitos electrnicos, que son tanto econmicos como fiables.Pueden transmitirse sin dificultad a largas distancias. Pueden almacenarse para ser posteriormente reproducidas.

Concepto de Sistema:Qu es un sistema?Combinacin de componentes que actan interconectados, para cumplir un determinado objetivo.Cmo se representa un sistema?Como un rectngulo o caja negra y variables que actan sobre el sistema. Las flechas que entran (u, excitaciones o entradas). Las flechas que salen (y, variables producidas por el sistema o salidas).

Modelado de Sistemas Qu es un modelo?Es algo que nos ayuda a entender el funcionamiento de un sistema. Puede ser una placa electrnica (hardware) o un conjunto de relaciones matemticas, en las cuales codificamos el funcionamiento del sistema (es lo que llamamos modelo matemtico) y que eventualmente puede desarrollarse en un programa de ordenador.

Modelado Entrada - Salida:Uno de los enfoques de modelado ms tiles para propsitos de control es el Modelado Externo o entrada / salida. Este tipo de modelo describe la relacin estmulo - respuesta del proceso y conduce a la llamada Funcin Transferencia del proceso.

Funcin de Transferencia Funcin de transferencia de un sistema se indica por G(s), y es el cociente entre la transformada de Laplace de la seal de salida y la transformada de Laplace de la seal de entrada

Seales: y: seal de salida r: seal de referencia e: seal de error

v: seal de realimentacinDiagrama de Bloques:Funciones de Transferencia: G: ganancia directa H: ganancia de realimentacin GH: ganancia de lazo F: ganancia de lazo cerrado

Tipos de control, atendiendo al circuito implementado Control manual: El operador aplica las correcciones que cree necesarias.Control automtico: La accin de control se ejerce sin intervencin del operador y su solucin es cableada, es decir, rgida, no se puede modificar.Control programado: Realiza todas las labores del control automtico, pero su solucin es programada. Se puede modificar su proceso de operacin o ley de control.

Tipos de control, atendiendo al circuito implementado

Estructura de un sistema de controlTenemos dos tipos de estructura diferente de lazo de control:Sistema de control en LAZO ABIERTOAquel en el que ni la salida ni otras variables del sistema tienen efecto sobre el control.NO TIENE REALIMENTACINSistema de control en LAZO CERRADOEn un sistema de control de lazo cerrado, la salida del sistema y otras variables, afectan el control del sistema. TIENE REALIMENTACIN

Sistemas de control de LAZO ABIERTOCualquier perturbacin desestabiliza el sistema, y el control no tiene capacidad para responder a esta nueva situacin.Ejemplo: el aire acondicionado de un coche.El sistema o la planta no se mide.El control no tiene informacin de cmo esta la salida (Planta).

Sistema de control de LAZO CERRADOUna variacin en la salida o en otra variable, se mide, y el controlador, modifica la seal de control, para que se estabilice, el sistema, ante la nueva situacin.Ejemplo: el climatizador de un coche.El sistema o la planta se mide en todo momento.El control tiene informacin de cmo esta la salida (Planta).

Elementos que componen un sistema de controlProcesoVariablesa controlarControladorValores DeseadosActuadorTransmisorValores medidosVariables para actuar

ProcesoTransmisorVariable Controlada CV o Variable del Proceso PVSalida Controlador SPSet PointReferenciaConsignaVariable manipuladaMVDVMV E (Error)PV PVPerturbacionesDesviation Variables DVElementos que componen un sistema de controlSensor oE. primarioSistema de medidaActuadorReguladorComparadorAmplificadorPVSPSeal o AccinDe ControlSeal AmplificadaTransductor

ProcesoTransmisorVariable Controlada CV o Variable del Process PVSalida (del proceso)Controlador SPSet PointReferenciaConsignaVariable manipuladaMVDVMV E (Error)PV PVPerturbacionesDesviation Variables DVElementos que componen un sistema de controlSensor oE. primarioSistema de medidaActuadorReguladorComparadorAmplificadorPVSPSeal o AccinDe ControlSeal AmplificadaTransductor

Variable de proceso,PV.La variable medida que se desea estabilizar (controlar) recibe el nombre de variable de proceso ("process value") y se abrevia PV.

Un buen ejemplo de variable de proceso es la temperatura, la cual mide el instrumento controlador mediante un termopar o una Pt100.

Set Point SP o ConsignaEl valor prefijado (Set Point, SP) es el valor deseado de la variable de proceso,es decir, la consigna.Es el valor al cual el control se debe encargar de mantener la PV.Por ejemplo en un horno la temperatura actual es 155 C y el controlador esta programado para llevar la temperatura a 200C.Luego PV=155 y SP=200.

Error ESe define error como la diferencia entre la variable de proceso PV y el set point SP,E = SP - PVEn el ejemplo anterior E = (SP - PV) = (200C - 155C) = 45 C.Recuerde que el error ser positivo cuando la temperatura sea menor que el set point, PV < SP .

Estructura general de un sistema de medida.

Elementos de un sistema de medidaSensor o elemento primario: Mide o sensa el valor de una variable de proceso, y toma una salida proporcional a la medida. Esta salida, puede o no, ser elctrica. El sensor debe tomar la menor energa posible del sistema, para no introducir error.Transductor: Elemento que transforma la magnitud medida por el elemento primario en una seal elctrica. Transmisor o Acondicionador de seal : Elemento que convierte, acondiciona y normaliza la seal para su procesamiento.En la industria, las seales de salida normalizadas son: 4 a 20mA, 0 a 5v, 0 a 10v, si son salidas elctricas y 3 a 15 psi en seal neumtica.

Tipos de sensoresPor el principio fsico:ResistivoCapacitivoInductivoPiezoresistivoFotovolticoElectromagnticoTermomagnticoPiezoelctricoPor la salida:ElctricaactivospasivosMecnicaPor la magnitud a medir, es la clasificacin ms utilizada:TemperaturaPresinCaudalPosicinVelocidad, etc...

Actuadores (Elemento final de control)

ElctricosRelsSolenoidesMotores CCMotores ACMotores paso a paso

Hidrulicos o neumticosVlvulas neumticasVlvulas de solenoideCilindros y vlvulas pilotoMotores

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