Quijije Erik Paul

Tapia Diego Toby

Torres Guido Rafael

13 de Mayo del 2015

6to Mecatronica

“Departamento de Energia y Mecanica”

RESUMEN

En este documento desarrollaremos ejercicios planteados, tales como preguntas de repaso como ejercicios para resolver del libro de ‘Sistemas de control para ingeniería’ de Norman S. Nise, dichos ejercicios son del capítulo 1

ABSTRACT

In this document exercises develop raised, such as review questions and exercises to address book 'control systems engineering' Norman S. Nise, these exercises are the Chapter 1

TEMA: Realizar ejercicios del capítulo 1

OBJETIVOS:

Objetivo general:

Realizar los ejercicios planteados del capítulo 1

Objetivos específicos

Repasar con los ejercicios del capítulo 1 lo aprendido en clase Obtener más conocimiento teórico sobre el funcionamiento de los sistemas de control. Desarrollar habilidades que nos permitan identificar los tipos de procesos que realiza

ciertos sistemas.

FUNDAMENTACION TEORICA

Los sistemas de control ayudan en todos los aspectos de la sociedad moderna. En nuestros hogares se encuentran en tostadores y sistemas de calefacción y hasta reproductores de videocasetes. Los sistemas de control también tienen amplias aplicaciones en la ciencia y en la industria, para dirigir barcos y aviones y guiar proyectiles y transbordadores espaciales. Y también existen de manera natural; nuestros cuerpos contienen numerosos sistemas de control. (ups, 2011)Se han propuesto representaciones incluso de sistemas económicos y fisiológicos con base en teoría de sistemas de control. Estos sistemas se emplean donde se requiere de ganancia de energía eléctrica, control remoto o conversión de forma de la entrada(iefa, 2013)

El análisis y diseño de sistemas de control se concentra en tres objetivos principales:

1. Producir la respuesta transitoria deseada2. Reducir los errores en estado estable3. Alcanzar la estabilidad

El diseño de un sistema de control sigue estos pasos:

1. Determinación de un sistema físico y especificación a partir de los requerimientos2. Trazo de un diagrama de bloques funcional3. Representación del sistema físico mediante un diagrama esquemático4. Uso del diagrama esquemático para obtener un modelo matemático como lo es un

diagrama de bloques5. Reducción del diagrama de bloques6. Análisis y diseño del sistema para satisfacer los requerimientos y las especificaciones

especiales, que incluyen estabilidad, respuesta transitoria y desempeño en estado estable

DESARROLLO

PREGUNTAS DE REPASO

1. Mencione tres aplicaciones de los sistemas de control realimentados Control de iluminación de calles Misiles guiados Antenas satelitales

2. Mencione tres razones para usar los sistemas de control realimentado y por lo menos una razón para no usarlos

Razones para usarlo

Ganancia de potencia Control remoto La conversion de parámetros

Razones para no usarlo

Gastos Complejidad

3. De tres ejemplos de sistemas de lazo abierto Motor Filtro de paso bajo La inercia soportada entre dos cojines

4. Funcionalmente, ¿Cómo difieren los sistemas en lazo cerrado respecto de aquellos en lazo abierto?

Los sistemas de bucle cerrado para compensar las perturbaciones mediante la medición de la respuesta, comparándolo con la respuesta de entrada (la salida deseada) y, a continuación, la corrección de la respuesta de salida.

5. Exprese una condición bajo la cual la señal de error de un sistema de control realimentado no sería diferencia entre la entrada y la salida

Bajo la condición de que el elemento de retroalimentación es otra que la unidad

6. Si la señal de error no es la diferencia entre la entrada y salida, ¿con que nombre genérico podemos describir la señal de error?

Con el nombre de señal de acondicionamiento

7. Mencione dos ventajas de tener una computadora en lazo Subsistemas múltiples pueden compartir el tiempo del controlador.

Cualquier ajuste al controlador puede ser implementado con simples cambios de software.

8. Mencione los tres criterios de diseño principales para los sistemas de control Estabilidad Respuesta transitoria El error de estado estacionario

9. Mencione las dos partes de la respuesta de un sistema El estado de equilibrio La respuesta transitoria

10. Físicamente, ¿Qué ocurre a un sistema que es inestable?

El sistema podría destruirse a sí mismo, al llegar a un estado de saturación en la conducción de amplificadores, o topes afectadas

11. ¿A qué parte de la respuesta total es atribuible la inestabilidad?

A la respuesta transitoria

12. Los ajustes de la ganancia de trayectoria directa pueden causar cambios en la respuesta transitoria. ¿Cierto o falso?

Cierto

13. Mencione tres planteamientos del modelado matemático de sistemas de control Función de Transferencia Espacio de estado Ecuaciones diferenciales14. Brevemente describa cada una de sus respuestas a la pregunta 13 Función de transferencia: la ecuación de la transformada de Laplace Espacio de estado: representación de una ecuación diferencial de orden n como de

primer orden Ecuaciones diferenciales: modelado de un sistema con su ecuación diferencial

PROBLEMAS

1. En la siguiente figura se ilustra un resistor variable o potenciómetro cuya resistencia varia al mover un cursor a lo largo de una resistencia fija. La resistencia de A hasta C es fija, pero la resistencia de B a C varia con la posición del cursor. Si se necesita 10 vueltas para mover el cursor de A a C, trace un diagrama de bloques del potenciómetro mostrando la variable de entrada, la variable de salida y (dentro del bloque) la ganancia, que es constante y es la cantidad por la cual la entrada se multiplica para obtener la salida

2. Un sistema de control de temperatura opera al detectar la diferencia entre el ajuste del termostato y la temperatura real, y luego abrir una válvula de combustible en una cantidad proporcional a esta diferencia. Trace un diagrama de bloques funcional en lazo cerrado, identificando los transductores de entrada y salida de todos los subsistemas previamente descritos

+

-

3. La altitud de un avión varia con el alabeo, cabeceo y guiñada, como se define en la siguiente figura. Trace un diagrama de bloques funcional para un sistema en lazo cerrado que estabilice el alabeo como sigue; el sistema mide el ángulo real de alabeo con un giro y compara su ángulo real con el ángulo deseado. Los alerones responden al error de ángulo de alabeo al experimentar una desviación angular. La nave responde a esta deflexión angular, produciendo un porcentaje de ángulo de alabeo. Identifique los transductores de entrada y salida, el controlador y la planta. Además, identifique la naturaleza de cada señal

Termostato Amplificador y valvulas

Calentador

Diferencial de temperatura

Diferencial de voltaje

Fluencia del combustible

Temperatura actual

Temperatura Deseada

-

4. Numerosos procesos operan sobre material laminado que se desplaza de un carrete alimentador a un carrete receptor. Típicamente, estos sistemas, llamados devanadores, controlan el material de manera que se desplace a velocidad constante. Además de la velocidad, los devanadores complejos también controlan la tensión, compensan la inercia de un carrete, mientas aceleran o desaceleran, y regulan la aceleración debida a cambios repentinos. En la siguiente figura se ilustra un devanador. El transductor de fuerza mide la tensión; el devanador ejerce tracción contra los rodillos de presión, que producen una fuerza opositora; y el freno origina el deslizamiento del material. Para compensar cambios en velocidad, el material se enrolla alrededor de un rodillo flotante. El lazo evita que cambios rápidos causen excesivo juego del material o lo dañen. Si la posición del rodillo flotante es detectada por un potenciómetro u otro aparato, las variaciones de velocidad debido a la acumulación en el carrete alimentador u otras causas se pueden controlar si se compara el voltaje del potenciómetro con la velocidad indicada. El sistema entonces corrige la velocidad y restablece el rodillo flotante a la posición deseada (Ayers, 1988). Trace un diagrama de bloques funcional para el sistema de control de velocidad, mostrado cada componente y su señal

Control de posicion Aileron

Dinamica de los aviones

IntegrarControles piloto

Giro

Voltaje de error

Posicion de Aileron

Velocidad de balanceo

Angulo de balanceo

Angulo de balanceo deseado

Voltaje de entrada

Voltaje de Giro

-

5. En una planta nuclear generadora de energía eléctrica, el calor de un reactor se utiliza para generar vapor para las turbinas. La rapidez de reacción de fusión determina la cantidad de calor generado, y esta rapidez es controlada por las varillas insertadas dentro del núcleo radiactivo. Las varillas regulan el flujo de neutrones. Si

las varillas se bajan en el núcleo, la rapidez de fusión se reduce; si se elevan, la rapidez de visión aumenta. Al controlar automáticamente la posición de las varillas, es posible regular la cantidad de calor generado por el reactor. Trace un diagrama de bloques funcional para el sistema de control del reactor nuclear. Muestre todos los bloques y señales (Nise, 2006)

-

Amplificador Motor y Sistema de manejo

Transductor

Devanador dinamico

Posicion del sensor de devanador

Amplificador Motor y Sistema de manejo

ReactorTransductor

Sensor y trasducto

r

Voltaje de error

Voltaje de entrada Velocidad

actualVelocidad deseada

Voltaje proporcional a la velocidad real

Voltaje de error de alimentacion

Posición de la barra

potencia actualPotencia deseada

Voltaje de entrada

Voltaje proporcional al poder actual

Conclusiones:

Los comportamientos en los sistemas de control, en donde sus componentes debidamente están relacionados entre sí; (en el cual no tiene intervención el ser humano), ha cambiado la producción de la empresas. El habitad cotidiano, revolucionándolos día a día. Estos sistemas hoy en día son eficientes pero con el pasar del tiempo seguirán avanzando e innovándose minimizando cada vez más el margen de error.

Estos sistemas están diseñados para cubrir áreas de trabajo que para el hombre resultan muy peligrosas; en realidad, se trata de varias máquinas separadas que están integradas en lo que a simple vista podría considerarse una sola.

Recomendaciones:

Tener sitios de referencia para consultar los términos nuevos que se observan en los ejercicios por ejemplo alabeo que está descrito en el ejercicio práctico 3

Haber repasado lo suficiente para poder contestar las preguntas teóricas de una forma lógica y congruente.

Bibliografíaiefa. (2013). monografias. Recuperado el 11 de Mayo de 2015, de

http://www.monografias.com/trabajos6/sicox/sicox.shtml

Nise, N. S. (2006). Sistemas de Control. Mexico: Continental.

ups. (2011). sistemas de control. Quito: Saleciana.