SISTEMA DE CONTROL

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”EXTENSIÓN MATURÍN

Maturín, Julio 2015

Autores:Efraín Aguilar C.I. 19.718.109Duverlys González C.I. 18.926.031Carlos Longar C.I. 20.645.983Carlos Gómez C.I. 20.646.042

Tutora: Mariangela Pollonais

ESQUEMA DE UN SISTEMA DE CONTROL

Esto es un ejemplo de un diagrama esquemático del control de temperatura de un horno eléctrico. La temperatura del horno eléctrico se mide mediante un termómetro, que es un dispositivo analógico. La temperatura analógica se convierte a una temperatura digital mediante un convertidor A/D. La temperatura digital se introduce en un controlador mediante una interfaz. Esta temperatura digital se compara con la temperatura de entrada programada, y si hay una discrepancia (error) el controlador envía una señal al calefactor, a través de una interfaz, amplificador y relé, para hacer que la temperatura del horno adquiera el valor deseado.

CONTROLADOREs una computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización

industrial, para automatizar procesos electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas de montaje o atracciones mecánicas.

Los controladores son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las computadoras de propósito general, el controlador está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto; como el controlador lógico programable (PLC), dispositivo electrónico muy usado en automatización industrial. Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías copia de seguridad o en memorias no volátiles.

TIPOS DE CONTROLADORES

Hay varias clasificaciones dentro de los sistemas de controladores:

• Atendiendo a su naturaleza son: analógicos, digitales o mixtos.

• Atendiendo a su estructura, número de entradas y salidas puede ser: control clásico o control moderno.

• Atendiendo a su diseño pueden ser: por lógica difusa, o redes neuronales.

Atendiendo a su naturalezaControladores Digitales: Los controladores digitales son pequeñas instalaciones inteligentes que se componen de una entrada de sensor, un indicador digital y una salida de regulación. Existen controladoras digitales para diferentes trabajos de medición y regulación. Los controladores digitales se configuran a través de las teclas del propio controlador.

Controladores Analógicos: Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético y que es representable por una función matemática continúa en la que es variable su amplitud y periodo, representando un dato de información en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura y mecánicas.

Atendiendo a su estructura, número de entradas y salidas puede ser:

Controladores Clásicos: Se denominan sistemas de control clásico, cuando la salida no tiene efecto sobre la acción de control, es decir no se compara la salida con la entrada de referencia. Por lo tanto, para cada entrada de referencia corresponde una condición de operación fija. Así, la precisión del sistema depende de la calibración y del operador cuya función será la del controlador.

Controladores Modernos: Es un método en el cual la respuesta de un controlador varía automáticamente basado en los cambios de las condiciones dentro del proceso y puede emplearse en diversas aplicaciones como en el control del pH.

Atendiendo a su diseño pueden ser:

Controladores Lógica Difusa: Este control utiliza la lógica difusa a través de conceptos de inteligencia artificial capaz de convertir una muestra de la señal real a números difusos, para tratarlos según las reglas de inferencia y las bases de datos determinados en las unidades de decisión, logrando estabilizar el sistema sin la necesidad de fijar un punto de referencia.

Controladores Neuronales: Son redes neuronales artificiales que están diseñadas para actuar como lo hace el cerebro humano conectando la red entre los elementos de la forma más sencilla para poder ser entrenados y realizar funciones complejas en diversos campos de aplicación.

Ejemplo 1. Alumbrado Público.

El objetivo del alumbrado público es mantener un nivel mínimo de iluminación en las calles, al menor costo. Para lograr este objetivo se pueden proponer dos soluciones:

La primera consiste en encender los focos del alumbrado a la hora en que comúnmente empieza a oscurecer, y apagarlos 12 al amanecer. Así, pues se puede decidir encender el alumbrado a las 20 hs y apagarlo a las 6:30 hs. En este sistema, la entrada (cambio de posición del interruptor) es independiente de la salida (cantidad de luz en la calle). Este mecanismo, simple y económico de llevar a cabo, puede acarrear dificultades, ya que la hora en que empieza a aclarar, varían de acuerdo con las estaciones del año, además, en días nublados se puede tener una oscuridad indeseable.

La otra solución, más efectiva, consiste en instalar un dispositivo (fotocelda, fototransistor, etc) para detectar la cantidad de iluminación y de acuerdo con esto, encender o apagar el alumbrado público. En este caso, la entrada (cantidad óptima de luz en las calles) se compararía con la salida (cantidad de luz real en las calles) a los efectos de que la señal de error generada accione o no el interruptor de luz.

En la siguiente figura se muestran ambas soluciones:

a) Primera Soluciónb) Segunda Solución

En el siguiente diagrama de bloques que se presenta una figura para el caso de control realimentado de lazo cerrado, el cual se cumple en el ejemplo anterior de Alumbrado Publico.

Diagrama en Bloques de Alumbrado Público:

Ejemplo 2. Sistema de Control de una Rueda de Impresión (margarita)

En la siguiente figura se muestra un ejemplo del sistema de control de una rueda de impresión (margarita) de un procesador de textos o una máquina de escribir electrónica. La margarita, que típicamente tiene 96 o 100 caracteres, se mueve a la posición donde se encuentra el carácter 13 deseado para colocarlo frente al martillo para la impresión por impacto. La selección del carácter se realiza en la forma usual mediante el teclado. Cada vez que alguna tecla se presiona, un microprocesador de control calcula la dirección y la distancia a recorrer y envía la señal lógica de control al amplificador de potencia, que controla el motor que a su vez maneja la margarita.

En la práctica, las señales de control generadas por el microprocesador de control deben ser capaces de mover la margarita de una posición a otra lo suficientemente rápido y con una alta calidad de impresión, lo cual significa que la posición de la margarita debe ser controlada con exactitud. También se muestra un conjunto típico de entradas y salidas para este sistema. Cuando se proporciona la entrada de referencia, la señal se representa como un escalón. Como las bobinas eléctricas del motor tienen inductancia y las cargas mecánicas tienen inercia, la margarita no puede responder a la entrada en forma instantánea. Típicamente, la margarita sigue la respuesta que se muestra, y se establece en la nueva posición después de un tiempo t1. La impresión no debe comenzar hasta que la margarita haya alcanzado el alto total, si no, el caracter será embarrado. Luego se muestra que después que la margarita se ha detenido, el periodo de t1 a t2 está reservado para la impresión, de tal forma que el sistema esté listo para recibir un nuevo comando después del tiempo t2.

ACCIONES DE CONTROL EN LA RESPUESTA DEL SISTEMA

Controles de dos Posiciones: En un sistema de control de dos posiciones, el elemento de actuación solo tiene dos posiciones fijas que, en muchos casos, son simplemente encendidos y apagados. El control de dos posiciones o de encendido y apagado es relativamente simple y barato, razón por la cual su uso es extendido en sistemas de control tanto industriales como domésticos.

Controles Proporcionales: En el modo proporcional la magnitud de la salida del controlador es proporcional a la magnitud del error, es decir si el elemento de controles una válvula esta recibe una señal que es proporcional a la magnitud de la corrección requerida. Cualquiera que sea el mecanismo real y la forma de operación, el controlador proporcional es, en esencia, un amplificador con una ganancia ajustable.

ACCIONES DE CONTROL EN LA RESPUESTA DEL SISTEMA

Controles Integrales: Un gran cambio en la carga de un sistema hará experimentar un gran cambio del punto de referencia, a la variable controlada. Por ejemplo, si es aumentado el flujo de un material mientras atraviesa un intercambiador de calor, la temperatura del material caerá antes con respecto al sistema de control y este pueda ajustar la entrada de vapora una nueva carga. Como el cambio en el calor de la variable controlada disminuye, la señal de error comienza a ser más pequeña y la posición del elemento de control se va acercando al punto requerido para mantener un valor constante. Sin embargo, el valor constante no será un punto de referencia, tendrá un desfase u offset. Controles Derivativos: Este tipo de acción de control es conocido como derivativa. La acción derivativa entrega una señal proporcional a la velocidad de cambio de la señal de error. Debido a esto, cuando la variable controlada esta quieta, la señal derivativa es cero. Cuando el valor de la variable controlada está cambiando rápidamente, la señal derivativa es grande. La señal derivativa cambia la salida del controlador. En este sentido, una señal de control más grande es producida cuando hay un cambio rápido en la variable controlada, y durante el cambio, el elemento final de control recibe una señal de entrada más grande. El resultado es una respuesta más rápida a los cambios de carga. En términos matemáticos, la acción derivativa está basada en la caída de una curva representando la cantidad de error de sobre tiempo. Los miembros de la familia de controladores PID, incluyen tres acciones: proporcional (P), integral (I) y derivativa (D). Estos controladores son los denominados P, I, PI, PD y PID.