INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”

ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

EXTENSIÓN MATURÍN

Acciones de Control

Profesor: Realizado por:Ing. Mariangela Pollonais Br. Wilmer RuizMateria: C.I 18.075.608Teoria de control

Maturín, Agosto de 2012

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INTRODUCCIÓN

Los controles automáticos tienen una intervención cada vez más importante en la vida diaria, desde los simples controles que hacen funcionar un tostador automático hasta los complicados sistemas de control necesarios en vehículos espaciales, en guiado de proyectiles, sistemas de pilotajes de aviones, etc. Además el control automático se ha convertido en parte importante e integral de los procesos de manufactura e industriales modernos. Por ejemplo el control automático resulta esencial en operaciones industriales como el control de presión, temperatura, humedad, viscosidad y flujo en las industrias de procesos, maquinado manejo y armado de piezas mecánicas en las industrias de fabricación, entre muchas otras.

El control ha sido definido bajo dos grandes perspectivas, una perspectiva limitada y una perspectiva amplia. Desde la perspectiva limitada, el control se concibe como la verificación a posteriori de los resultados conseguidos en el seguimiento de los objetivos planteados y el control de gastos invertido en el proceso realizado por los niveles directivos donde la estandarización en términos cuantitativos, forma parte central de la acción de control.

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ESQUEMA DE UN SIATEMA DE CONTROL

Control por Retroalimentación

El control por realimentación constituye la infraestructura básica de casi todos los esquemas de control de procesos, corrigiendo las perturbaciones. El control por realimentación mide la variable de proceso, la compara con el punto de ajuste y manipula la salida en la dirección en que debe moverse el proceso para alcanzar el punto de ajuste.

Control de adelanto

El control adelantado es una estrategia usada para compensar los disturbios en un sistema, antes que afecten la variable controlada. La idea es medir el disturbio, predecir el efecto en el proceso y aplicar la acción correctiva correspondiente. Usualmente se usa este esquema de control en combinación con el control por realimentación.

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Control de relación

El control de relación asegura que dos o más flujos se mantengan en la misma relación aunque estos cambien. Se usa para obtener mezclas con una composición o propiedades físicas específicas, para mezclas aire/combustible. El flujo controlado equivale al flujo medido por el FT101 por algún valor previamente ajustado en FF102. Si la característica física (densidad, viscosidad, etc.) es medida, un controlador PID puede ser usado para manipular la válvula de relación.

Control en Cascada

El controlador en cascada usa la salida del controlador primario para manipular el punto de ajuste del controlador secundario. Este sistema de compone de dos estructuras de control por realimentación. El lazo secundario debe tener influencia sobre el primario y, la dinámica del proceso de este lazo deber ser más rápida que la del primero (por ejemplo flujo y temperatura). Este esquema de control permite una respuesta rápida de control y manipular independientemente los dos lazos si se requiere.

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Control Predominante

El control predominante, permite seleccionar entre dos o más controladores, la salida que actuará sobre el elemento final de control, dependiendo de la importancia que se le dé a cada variable en el sistema. La realimentación externa evita que se salgan de control cualquiera de las dos variables.

Control Adaptativo

El control adaptativo es un sistema del cual se espera se adapte a los cambios en la dinámica del proceso. Es un tipo de control para procesos no lineales y cambiantes en el tiempo (envejecimiento del sistema, perturbaciones, etc).

El Control adaptativo puede lograrse mediante:

Sistemas Auto-Ajustables. Sistemas Adaptativos con Modelo de Referencia

La técnica de los sistemas autoajustables parte del conocimiento del modelo del proceso y se basa en disponer de un método válido de identificación en línea, se asume que existe una separación entre las tareas de identificación y control. Se dispone de un sistema en paralelo al control, que se encarga de calcular continuamente los valores óptimos de sintonización del controlador.

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Los Sistemas Adaptativos con Modelo de Referencia se basan en un concepto simple: se desea que el comportamiento del proceso sea idéntico al de un modelo que se da como referencia. Si existe diferencia entre el desempeño actual del proceso con el modelo, un mecanismo de adaptación ajusta los parámetros del controlador.

Aplicaciones prácticas del control adaptativo son el control de velocidad de un vehículo y el control de un péndulo invertido (un cohete sobre la plataforma de transporte a su base de lanzamiento) entre muchos otros.

DEFINICION DE CONTROLADOR

Un controlador de dispositivo, llamado normalmente controlador es un programa informático que permite al sistema operativo interactuar con un periférico, haciendo una abstracción del hardware y proporcionando una interfaz -posiblemente estandarizada- para usarlo. Se puede esquematizar como un manual de instrucciones que le indica al sistema operativo, cómo debe controlar y comunicarse con un dispositivo en particular. Por tanto, es una pieza esencial, sin la cual no se podría usar el hardware.

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Existen tantos tipos de controladores como tipos de periféricos, y es común encontrar más de un controlador posible para el mismo dispositivo, cada uno ofreciendo un nivel distinto de funcionalidades. Por ejemplo, aparte de los oficiales (normalmente disponibles en la página web del fabricante), se pueden encontrar también los proporcionados por el sistema operativo, o también versiones no oficiales hechas por terceros.

TIPOS DE CONTROLADORES

Clasificación de los controladores industriales. Los controladores industriales se clasifican, de acuerdo con sus acciones de control, como:      

De dos posiciones o de encendido y apagado (on/of)     Proporcionales Integrales Proporcionales-integrales Proporcionales-derivativos Proporcionales-integrales-derivativos

Así las cosas, es preferible recurrir a enfoques empíricos, basados en la observación del efecto de los distintos controladores (P, PI o PID) sobre los procesos simulados (Control Station).

De dos posiciones o de encendido y apagado (on/of)    

En un sistema de control de dos posiciones, el elemento de control final sólo tiene dos posiciones fijas que es, en muchos casos, encendido o apagado. En el control de dos posiciones, la señal de salida, m(t) permanece en un valor ya sea máximo o mínimo, dependiendo de si la señal de error, e(t), es positiva o negativa.

Controlador Proporcional "P"

La acción de control es Proporcional al error. Es decir, en el tiempo:

c(t)=KC* (t) + cS

Donde cS es la señal de la condición de estado estacionario (señal "ESTANCO") KC es la constante de proporcionalidad del controlador. Sin duda, sólo KC caracteriza

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completamente al controlador P. Se suele usar una notación diferente, pero equivalente, al hablar de la Banda Proporcional (PB) del controlador, definida como

PB=100/KC

Usualmente, la banda proporcional cae entre 1,0 y 500. La PB es conceptualmente más clara que la ganancia pues se relaciona con el cambio del error que se necesita para recorrer el 100% del actuador "c". Mientras menor sea la PB, mayor será la SENSIBILIDAD del controlador.

Definida la variable desviación de la señal al actuador mediante

c’(t)=c(t)-cS(t)

y ya que

c’(t)=KC*(t)

Entonces, la Función de Transferencia del Controlador P es:

GC(s)=KC

La presencia de un controlador en un sistema implica que se debe incorporar su comportamiento al sistema global modelado. Similarmente, se debe incorporar el sensor y el actuador. Las perturbaciones, naturalmente, deben figurar a fin de poder examinar el comportamiento del sistema frente a sus cambios.

Controlador Proporcional/Integral "PI"

La acción de control está dada, en el tiempo, por:

El tiempo integral suele tomar valores en el rango de 0,1 a 50 minutos. Pero, en variable desviación, c’(t):

c’(t)=c(t)-cS(t)

Entonces, la Función de Transferencia del Controlador P es:

GC(s)=KC {(1+ 1/(Is)}

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Controlador Proporcional/Integral/Derivativo "PID"

La acción de control está dada por:

cuya función de transferencia es:

GC(s) = KC { (1+ 1/(Is) + Ds }

COMPENSADOR POR ADELANTO O ATRASO MEDIANTE RESPUESTA EN FRECUENCIA

Un compensador de primer orden por adelanto puede diseñarse usando la respuesta en frecuencia. Un compensador en adelanto en la forma respuesta en frecuencia está dada por

Note que esto es equivalente a la forma lugar de raíces (mapa polo-cero)

con p = 1/T, z = 1/aT, y Kc = a. En diseño por respuesta en frecuencia, el compensador por adelanto agrega fase positiva al sistema en el rango de frecuencias de 1/aT a 1/T. El diagrama de Bode de un compensador por adelanto se ve como el siguiente.

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Las dos frecuencias de corte están en 1/aT y 1/T; note que la fase positiva que se adiciona al sistema entre esas dos frecuencias. Dependiendo del valor de a, la máxima fase adicionada puede ser hasta 90 grados; si necesita más que 90 grados de fase, puede usarse dos compensadores en adelanto. La cantidad máxima de fase se adiciona en la frecuencia central, la cual se ubica en

La ecuación que determina la máxima fase es

Una fase positiva adicional incrementa el margen de fase y por lo tanto incrementa la estabilidad del sistema. Este tipo de compensador se diseña determinando a de la cantidad de fase necesaria para satisfacer el requerimiento del margen de fase, y determinando T donde ubicar la fase adicionada a la nueva frecuencia de cruce de ganancia.

Otro efecto del compensador en adelanto puede verse en el gráfico de magnitud. El compensador en adelanto incrementa la ganancia del sistema a altas frecuencias (esta ganancia es igual a). Esto puede incrementar la frecuencia de corte, lo cual ayudará a bajar el tiempo de elevación y tiempo de asentamiento del sistema.

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EJEMPLOS PRÁCTICOS

Se desea controlar el caudal de un flujo de entrada en un reactor químico. En primer lugar se tiene que poner una válvula de control del caudal de dicho flujo, y un caudalímetro, con la finalidad de tener una medición constante del valor del caudal que circule. El controlador irá vigilando que el caudal que circule sea el establecido por nosotros; en el momento que detecte un error, mandará una señal a la válvula de control de modo que esta se abrirá o cerrará corrigiendo el error medido. Y tendremos de ese modo el flujo deseado y necesario. El PID es un cálculo matemático, lo que envía la información es el PLC.

Se desea mantener la temperatura interna de un reactor químico en su valor de referencia. Se debe tener un dispositivo de control de la temperatura (puede ser un calentador, una resisténcia eléctrica,...), y un sensor (termómetro). El P, PI o PID irá controlando la variable (en este caso la temperatura). En el instante que esta no sea la correcta avisará al dispositivo de control de manera que este actúe, corrigiendo el error. De todos modos, lo más correcto es poner un PID; si hay mucho ruido, un PI, pero un P no nos sirve mucho puesto que no llegaría a corregir hasta el valor exacto.

Un ejemplo muy sencillo que ilustra la funcionalidad básica de un PID es cuando una persona entra a una ducha. Inicialmente abre la llave de agua caliente para aumentar la temperatura hasta un valor aceptable (también llamado "Setpoint"). El problema es que puede llegar el momento en que la temperatura del agua sobrepase este valor así que la persona tiene que abrir un poco la llave de agua fría para contrarrestar el calor y mantener el balance. El agua fría es ajustada hasta llegar a la temperatura deseada. En este caso, el humano es el que está ejerciendo el control sobre el lazo de control, y es el que toma las decisiones de abrir o cerrar alguna de las llaves; pero no sería ideal si en lugar de nosotros, fuera una maquina la que tomara las decisiones y mantuviera la temperatura que deseamos?

Esta es la razón por la cual los lazos PID fueron inventados. Para simplificar las labores de los operadores y ejercer un mejor control sobre las operaciones. Algunas de las aplicaciones más comunes son:

Lazos de Temperatura (Aire acondicionado, Calentadores, Refrigeradores, etc.) Lazos de Nivel (Nivel en tanques de líquidos como agua, lácteos, mezclas,

crudo, etc.) Lazos de Presión (para mantener una presión predeterminada en tanques, tubos,

recipientes, etc.) Lazos de Flujo (mantienen la cantidad de flujo dentro de una línea o tubo)1

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CONCLUSIONES

El control es una función administrativa: es la fase del proceso administrativo que mide y evalúa el desempeño y toma la acción correctiva cuando se necesita. De este modo, el control es un proceso esencialmente regulador.

El control es una función administrativa: es la fase del proceso administrativo que mide y evalúa el desempeño y toma la acción correctiva cuando se necesita. De este modo, el control es un proceso esencialmente regulador.

La aplicación de un control en las organizaciones busca atender dos finalidades principales: Corregir fallas o errores existentes: Y Prevenir nuevas fallas o errores de los procesos.

Para que el control sea efectivo debe desarrollarse como una unidad y aplicarse en todo tiempo a la empresa, pudiendo clasificarse en: Control Preliminar, Control concurrente, Control posterior

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