Automatizacion de

Procesos/Sistemas de

Control

Ing. Biomedica e Ing.

Electronica

Capitulo I

Introduccion

D.U. Campos-Delgado

Facultad de Ciencias

UASLP

Enero-Junio/2014

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CONTENIDO

Conceptos Basicos

Propiedades de los Sistemas de Control

Lazo Abierto

Lazo Cerrado

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Conceptos Basicos

Variable controlada es la cantidad o condi-

cion que se mide y se controla (salida del

proceso). Ej.:

Temperatura,

Velocidad,

Posicion angular,

Flujo de un gas o lquido,

Presion sangunea,

Ritmo cardiaco, etc.

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Conceptos Basicos

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Conceptos Basicos

Variable manipulada es la cantidad o con-

dicion modificada por la ley de control a fin

de afectar la variable controlada (entrada

del proceso). Ej.:

Voltaje aplicado a un compresor,

Voltaje aplicado a un motor,

Valvula de paso,

Voltaje aplicado a una servo-valvula,

Tasa de infusion de insulina o bolo de

insulina inyectada, etc.

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Conceptos Basicos

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Conceptos Basicos

Planta: cualquier objeto fsico o fenomeno

que se desea controlar. Ej.:

Camara de enfriamiento,

Incubadora,

Reactor qumico,

Respuesta del cuerpo humano para la

anestesia,

Vehculo electrico, etc.

Sistema o proceso: combinacion de com-

ponentes que actuan conjuntamente y cum-

plen un determinado objetivo.

Valor de referencia o set-point: nivel desea-

do de la variable controlada que se tiene

como objetivo alcanzar dentro de la estruc-

tura de control.

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Conceptos Basicos

Error: senal indicadora de la diferencia en-

tre el valor de referencia y el valor actual

de la variable controlada. Generalmente se

adopta al error como la diferencia entre la

referencia y la medicion de la variable con-

trolada.

En general, un sistema de control puede

implementarse con 2 filosofas:

Control analogico: utiliza sistemas mecani-

cos, electricos o electronicos para imple-

mentar el algoritmo de control.

Control digital: utiliza un convertidor A/D

para digitalizar las mediciones de la va-

riable controlada y un convertidor D/A

para generar una senal asociada con la

variable maniupalada, donde el algorit-

mo de control se implementa de for-

ma digital en un microcontrolador, DSP,

programador logico programable o una

computadora.

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Conceptos Basicos

Sensor: elemento encargado de medir u ob-

tener informacion de la variable controlada

dentro del sistema y generalmente entrega

una senal electrica proporcional a la misma.

Ej.:

Sensor de efecto hall de corriente,

Transductor de presion,

Tacometro,

Codificador rotatorio (encoder),

Medidor de flujo,

Electrocardiograma,

Sensor continuo de glucosa, etc.

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Conceptos Basicos

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Conceptos Basicos

Actuador: elemento encargado de procesar

la variable manipulada y modificar el estado

del sistema. Ej.:

Puente-H de potencia,

Amplificador,

Relevador,

Controlador Trifasico de CA,

Compresor, etc.

En general, se asume que la planta incluye

el efecto del actuador y etapa de sensando.

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Conceptos Basicos

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Propiedades

Primeramente se definen 3 conceptos:

Perturbacion: fenomeno que tiene un efec-

to adverso sobre la variable manipula-

da y se encuentra siempre presente en

el proceso, aunque no se conocen sus

tiempo de ocurrencia y en general no se

puede medir.

Incertidumbre: falta de conocimiento acer-

ca del proceso a controlar o del algun

parametro del mismo.

Falla: comportamiento anomalo o errati-

co de algunos de los componentes del

sistema.

Robustez: capacidad del sistema de con-

trol de mantener un buen desempeno ante

incertidumbre.

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Propiedades

Tolerancia ante fallas: propiedad de man-

tener un desempeno aceptable o al menos

no parar el proceso ante una falla.

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Propiedades

Sistema SISO (Single-input Single-output):

proceso que se caracteriza por tener una

sola variable manipulada y una sola varia-

ble controlada (una entrada y una salida).

Sistema MIMO (Multi-input Multi-output):

proceso que tiene mas de una variable ma-

nipulada y mas de una variable controlada

(multiples entradas y salidas).

EB

UM 1

UM 2

UM U

canal de subida

(uplink)

canal de bajada

(donwlink)

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Lazo Abierto

Sistema de control en lazo abierto: el algo-

ritmo de control calcula con base al conoci-

miento del sistema y al nivel de referencia,

es decir no existe un mecanismo de retro-

alimentacion de informacion. Ej.:

Control de velocidad de un ventilador de

piso,

Control de iluminacion por un lampara,

Control de velocidad de una licuadora,

etc.

En general, los sistemas de control en lazo

abierto son de bajo costo, pero en muchas

ocasiones imprecisos y muy sensibles ante

incertidumbre en la respuesta de la planta.

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Lazo Cerrado

Sistema de control retroalimentado o en lazo

cerrado: algoritmo encargado de medir el

valor de la variable controlada y modificar

la variable manipulada para corregir o limi-

tar la desviacion del error. Ej.:

Control de temperatura en una camara

de refrigeracion,

Control de temperatura en una incuba-

dora,

Control de anestesia durante una ope-

racion,

Control de velocidad de un vehculo electri-

co,

Sistemas auto-regulatorios del cuerpo hu-

mano, etc.

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Lazo Cerrado

En general, los sistemas de control en lazo

cerrado tienen un costo mas elevado que su

contraparte de lazo abierto, pero se mejora

la precision en la regulacion de la variable

manipulada, as como la robustez de los

mismos.

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Tarea # 1

Describir un sistema de control en lazo abierto

y otro en lazo cerrado, y en cada uno:

Identificar la variable controlada y manipu-

lada

Dibujar de forma esquematica sus compo-

nentes e interconexiones.

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