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domingo, 18 de marzo de 2012
3.1 Funciones de Transferencia
En la teoría de control, a menudo se usan las funciones de
transferencia para caracterizar las relaciones de entrada-salida de componentes
o de sistemas que se describen mediante ecuaciones diferenciales lineales
invariantes con el tiempo. Empezaremos por definir la función de transferencia
y proseguiremos con una derivación de la función de transferencia de un sistema
mecánico.
La función de transferencia de un sistema descrito mediante
una ecuación diferencial lineal e invariante con el tiempo se define como el
cociente entre la transformada de
Laplace de la salida (función de
respuesta) y la transformada de Laplace
de la entrada (función de excitación) bajo la suposición de que todas
las condiciones iniciales son cero.
Considere el sistema lineal e invariante
con el tiempo descrito mediante la siguiente ecuación diferencial:
En donde y
es la salida del sistema y x es la entrada.
La función de transferencia de este sistema se obtiene tomando la transformada
de Laplace de ambos miembros de la ecuación bajo la
suposición de que todas las condiciones iniciales son cero, o bien.
A partir del concepto de función de transferencia, es
posible representar la dinámica de un sistema mediante ecuaciones algebraicas
en s. Si la potencia más alta de s en el
denominador de la función de transferencia es igual a >t,
el sistema se denomina sistema de
n-ésimo orden.
La aplicación del concepto de función de transferencia está
limitada a los sistemas descritos mediante ecuaciones diferenciales lineales
invariantes con el tiempo. Sin embargo, el enfoque de la función de
transferencia se usa extensamente en el análisis y diseño de dichos sistemas.
A continuación se presentan algunos comentarios importantes
relacionados con la función de transferencia. (Observe que, en la lista, los
sistemas a los que se hace referencia son aquellos que se describen mediante
una ecuación diferencial lineal e invariante con el tiempo.)
1. La función de transferencia de un sistema es un modelo
matemático porque es un método operacional para expresar la ecuación
diferencial que relaciona la variable de salida con la variable de entrada.
2. La función de transferencia es una propiedad de un sistema,
independiente de la magnitud y naturaleza de la entrada o función de
excitación.
3. La función de transferencia incluye las unidades
necesarias para relacionar la entrada con la salida; sin embargo, no
proporciona información acerca de la estructura física del sistema. (Las
funciones de transferencia de muchos sistemas físicamente diferentes pueden ser
idénticas.)
4. Si se conoce la función de transferencia de un sistema,
se estudia la salida o respuesta
para varias formas de entrada, con la intención de comprender
la naturaleza del sistema.
5. Si se desconoce la función de transferencia de un sistema,
puede establecerse experimentalmente introduciendo entradas conocidas y
estudiando la salida del sistema. Una vez establecida una función de
transferencia, proporciona una descripción completa de las características
dinámicas del sistema, a diferencia de su descripción física.
viernes, 16 de marzo de 2012
2.3 Comparación entre Lazos
Sistemas de control en lazo cerrado en
comparación con los sistemas en lazo abierto
Una ventaja
del sistema de control en lazo cerrado es que el uso de la realimentación
vuelve la respuesta del sistema relativamente insensible a las perturbaciones
externas y a las variaciones internas en los parámetros del sistema. Por tanto,
es posible usar componentes
relativamente precisos y baratos para obtener el control adecuado de una planta determinada, en tanto que hacer eso es
imposible en el caso de un sistema en lazo abierto.
Desde el
punto de vista de la estabilidad, el sistema de control en lazo abierto es más fácil
de desarrollar, porque la estabilidad del sistema no es un problema importante.
Por otra parte, la estabilidad es una función principal en el sistema de
control en lazo cerrado, lo cual puede conducir a corregir en exceso errores
que producen oscilaciones de amplitud constante o cambiante.
Debe
señalarse que, para los sistemas en los que se conocen con anticipación las entradas
y en los cuales no hay perturbaciones, es aconsejable emplear un control en
lazo abierto. Los sistemas de control en lazo cerrado sólo tienen ventajas
cuando se presentan perturbaciones impredecibles y/o variaciones impredecibles en los
componentes del sistema.
Observe que
la valoración de la energía de salida determina en forma parcial el costo, el
peso y el tamaño de un sistema de control. La cantidad de componentes usados en
un sistema de control en lazo cerrado es mayor que la que se emplea para un
sistema de control equivalente en lazo abierto. Por tanto, el sistema de
control en lazo cerrado suele tener costos y potencias más grandes. Para
disminuir la energía requerida de un sistema, se emplea un control en lazo
abierto cuando puede aplicarse. Por lo general, una combinación adecuada de
controles en lazo abierto y en lazo cerrado es menos costosa y ofrecerá un desempeño satisfactorio del
sistema general
2.2 Sistemas de control en lazo abierto
Sistemas de control en lazo abierto
Los sistemas en los cuales la salida no afecta
la acción de control se denominan
sistemas de control en lazo abierto.
En otras
palabras, en un sistema de control en lazo abierto no se mide la salida ni se
realimenta para comparar la con la entrada. Un ejemplo práctico es una
lavadora. El remojo, el lavado y el enjuague en la lavadora operan con una base
de tiempo. La máquina no mide la señal de salida, que es la limpieza de la
ropa.
En cualquier
sistema de control en lazo abierto, la salida no se compara con la entrada de
referencia. Por tanto, a cada entrada de referencia le corresponde una
condición operativa fija; como resultado, la precisión del sistema depende de
la calibración. Ante la presencia de perturbaciones, un sistema de control en
lazo abierto no realiza la tarea deseada.
En La práctica, el control en lazo abierto sólo
se usa si se conoce la relación entre la entrada y la salida y si no hay
perturbaciones internas ni externas. Es evidente que estos sistemas no son de
control realimentado.
Observe que cualquier sistema de control que opere con una
base de tiempo es en lazo abierto. Por ejemplo, el control del tránsito
mediante señales operadas con una base de tiempo es otro ejemplo de control en
lazo abierto.
2.1 Sistemas de control en lazo cerrado
Sistemas de control realimentados o control
en lazo cerrado:
Un sistema que
mantiene una relación prescrita entre la salida y la entrada de referencia,
comparándolas y usando la diferencia como, se denomina sistema de control realimentado.
Un ejemplo sería el sistema de control de temperatura de una
habitación. Midiendo la temperatura real y comparándola con la temperatura de
referencia (la temperatura deseada), el termostato activa o desactiva el equipo
de calefacción o de enfriamiento para asegurar que la temperatura, de la
habitación se conserve en un nivel cómodo sin considerar las condiciones externas.
Los sistemas
de control realimentados no se limitan a la ingeniería, sino que también se encuentran
en diversos campos ajenos a ella. Por ejemplo, el cuerpo humano es un sistema de
control realimentado muy avanzado tanto la temperatura corporal como la presión
sanguínea se conservan constantes mediante una realimentación fisiológica. De
hecho, la realimentación realiza una función vital: vuelve el cuerpo humano
relativamente insensible a las perturbaciones externas, por lo cual lo habilita
para funcionar en forma adecuada en un ambiente cambiante.
Los sistemas de
control realimentados se denominan también
sistemas de control en lazo cerrado.
En la práctica, los términos control
realimentado y control en lazo cerrado se usan indistintamente.
En un
sistema de control en lazo cerrado, se alimenta al controlador la señal de
error de actuación, que es la diferencia entre la señal de entrada y la señal
de realimentación (que puede ser la señal de salida misma o una función de la
señal de salida y sus derivadas y/o
integrales), a fin de reducir el error y
llevar la salida del sistema a un valor conveniente. El término control en lazo
cerrado siempre implica el uso de una acción de control realimentado para
reducir el error del sistema.
1. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL
¿QUÉ ES UN SISTEMA DE CONTROL?
Un sistema dinámico puede definirse conceptualmente como un ente que recibe unas acciones externas o variables de entrada, y cuya respuesta a estas acciones externas son las denominadas variables de salida.
2. Ser tan eficiente como
sea posible, según un criterio preestablecido. Normalmente este criterio
consiste en que la acción de control sobre las variables de entrada sea
realizable, evitando comportamientos bruscos e irreales.
Los sistemas
de control están formados por un conjunto de dispositivos de diversa
naturaleza (mecánicos, eléctricos, electrónicos, neumáticos, hidráulicos) cuya
finalidad es controlar el funcionamiento de una máquina o de un proceso.
En todo
sistema de control podemos considerar una señal de entrada que actúa sobre el
mismo y una señal de salida proporcionada por el sistema, según el siguiente
esquema:
Un sistema dinámico puede definirse conceptualmente como un ente que recibe unas acciones externas o variables de entrada, y cuya respuesta a estas acciones externas son las denominadas variables de salida.
Las acciones externas al sistema
se dividen en dos grupos, variables de control, que se pueden manipular, y
perturbaciones sobre las que no es posible ningún tipo de control.
La Figura ilustra de un modo conceptual el
funcionamiento de un sistema.
Dentro de los sistemas se
encuentra el concepto de sistema de control. Un sistema de control es un tipo
de sistema que se caracteriza por la presencia de una serie de elementos que permiten
influir en el funcionamiento del sistema. La finalidad de un sistema de control
es conseguir, mediante la manipulación de las variables de control, un dominio
sobre las variables de salida, de modo que estas alcancen unos valores prefijados
(consigna).
Un sistema de control ideal debe ser capaz de
conseguir su objetivo cumpliendo los siguientes requisitos:
1. Garantizar la estabilidad y, particularmente,
ser robusto frente a perturbaciones y errores en los modelos.
3. Ser fácilmente
implementable y cómodo de operar en tiempo real con ayuda de un ordenador.
Los elementos básicos que forman
parte de un sistema de control y permiten su manipulación son los siguientes:
- Sensores. Permiten conocer los valores
de las variables medidas del sistema.
-
Controlador. Utilizando los
valores determinados por los sensores y la consigna impuesta, calcula la
acción que debe aplicarse para modificar
las variables de control en base a cierta estrategia.
-
Actuador. Es el mecanismo que
ejecuta la acción calculada por el controlador y que modifica las variables de
control.
lunes, 5 de marzo de 2012
Sistemas de Control para Ingeniería, 3ra Edición – Norman S. Nise
Este libro
introduce a estudiantes a la teoría y practica de ingeniería de sistemas de
control. el texto destaca la aplicación practica de la materia al análisis y
diseño de sistemas realimentados.
Esta tercera
edición ofrece una clara y completa introducción a la teoría y práctica de la
ingeniería de control, una manera esencial y con amplia variedad y aplicaciones
en la ingeniería eléctrica, electrónica, mecánica y química. El texto destaca
la aplicación practica a los análisis y diseño de sistemas de
retroalimentación. Las características clave de esta edición son: una
organización estandarizada de los capítulos, explicaciones cualitativas y
cuantitativas, abundantes ejemplos y ejercicios de evaluación, estudios de
casos reales en todo el texto, ilustraciones claras y numerosos problemas al
final de cada capitulo. Se señala con un icono todos los ejemplos y problemas
de diseño . MATLAB se utiliza a lo largo del texto para la solución de
problemas y los estudios de casos.
Descargar libro aqui: http://www.fileserve.com/file/xw8V2Kv
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Sistemas de Control Automático, 7ma Edición – Benjamin C. Kuo
Una gran
cantidad de pensamiento, re-alimentación y esfuerzo se han invertido en la
elaboración y preparación de la séptima edición. Este formato que comenzó en la
sexta edición es ahora casi un estándar entre los textos introductorios sobre
sistemas de control. Parece ser que mejora la lectura y la presentación gráfica
de temas complejos.
Este libro
ha sido actualizado para reflejar el empleo de la computadora cada vez mayor en
el aprendizaje y el diseño. La séptima edición de Sistemas de Control Automático
presenta un nuevo enfoque accesible con el fin de que los estudiantes que
llevan cursos introductorios de sistemas de control puedan conservar la
profundidad y el rigor del clásico “best-seller” de Benjamin Kuo.
Esta nueva
edición integra varias aplicaciones del mundo real a través del texto, el cual
abarca el análisis y diseño. El texto incluye también abundantes ejemplos
ilustrativos y problemas, para resaltar los puntos importantes y las
observaciones.
Contenido:
1. Introducción
2. Fundamentos Matemáticos
3. Funciones de transferencia, diagramas de bloques y gráficas de flujo de señales
4. Modelado matemático de sistemas físicos
5. Análisis de variable de estado
6. Estabilidad de sistemas de control lineales
7. Análisis de sistemas de control en el dominio del tiempo
8. La técnica del lugar geométrico de las raíces
9. Análisis en el dominio de la frecuencia
10. Diseño de sistemas de control
11. Diseño de sistemas de control en tiempo discreto
Apéndice A. Trazas en el dominio de las frecuencias
Apéndice B. Tabla de transformadas deLaplace
Apéndice C. Tabla de transformadas Z
Respuestas y sugerencias a problemas selectos
1. Introducción
2. Fundamentos Matemáticos
3. Funciones de transferencia, diagramas de bloques y gráficas de flujo de señales
4. Modelado matemático de sistemas físicos
5. Análisis de variable de estado
6. Estabilidad de sistemas de control lineales
7. Análisis de sistemas de control en el dominio del tiempo
8. La técnica del lugar geométrico de las raíces
9. Análisis en el dominio de la frecuencia
10. Diseño de sistemas de control
11. Diseño de sistemas de control en tiempo discreto
Apéndice A. Trazas en el dominio de las frecuencias
Apéndice B. Tabla de transformadas de
Apéndice C. Tabla de transformadas Z
Respuestas y sugerencias a problemas selectos
Descargar libro aqui: http://www.mediafire.com/?p0nwya9o4uxwet4


11:48
Ing.Montoya















