Introducción a los Sistemas de

Control

Ing. Nilo Fernández Aquino

Tema 2: Introducción a los sistemas

de control.

Introducción

• ¿Qué es un sistema?

– Un sistema es un conjunto de elementos interrelacionados,

sometido a una serie de estímulos o señales de entrada, ante

los que responde mediante una serie de señales de salida.

Entradas Salidas Sistema

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Sistemas de control

• Tipo especial de sistemas, en los que se pretende

conseguir un comportamiento determinado de las

señales de salida, actuando sobre las señales de

entrada.

– Esquema clásico en bucle cerrado o en realimentación.

Sistema Control +

-

Salida Referencia

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• Ejemplo.

– Sistema de aire acondicionado.

• Pretende mantener una temperatura estable en el interior de un

recinto cerrado.

• Mecanismos para actuar: calentar/enfriar.

• Señal de referencia ajustable.

• Sensores.

• Posibles perturbaciones.

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• Ejemplo (cont.).

+

-

Control

Sensor

Th: Temp.

de la habitación

Td: Temp.

deseada

Acción Th<Td: calentar

Th>Td: enfriar

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Elementos de un sistema de

control

Controlador +

-

Sensor

Planta Actuador

Referencia

Comparador

Error Control Acción Salida

Medida

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• La Planta.

Controlador +

-

Sensor

Planta Actuador

Referencia

Comparador

Error Control Acción Salida

Medida

– Sistema físico que se desea controlar.

• Recibe como entrada la acción de control y produce la salida

(señal a controlar).

• Normalmente su comportamiento sólo es modificable a través de

las señales de entrada.

• Puede estar sometido a perturbaciones.

• Modelado: G(s) (función de transferencia).

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• El sensor.

Controlador +

-

Sensor

Planta Actuador

Referencia

Comparador

Error Control Acción Salida

Medida

– Sistema de medida.

• Transforma la señal de salida a una magnitud (medida)

interpretable por el esquema de control.

• Fuente de información para el sistema, debe poseer una elevada

exactitud y fidelidad.

• Modelado: Gs(s) (función de transferencia).

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• El comparador.

Controlador +

-

Sensor

Planta Actuador

Referencia

Comparador

Error Control Acción Salida

Medida

– Evaluación del error.

• Compara la señal de medida con la referencia establecida para el

sistema de control, generando la señal de error.

• Elemento simple, debe ser preciso.

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• El controlador.

Controlador +

-

Sensor

Planta Actuador

Referencia

Comparador

Error Control Acción Salida

Medida

– Estrategia de control.

• Transforma la señal de error en una señal de control aplicando una

determinada estrategia.

• Donde reside la “inteligencia” del sistema de control.

• De su diseño depende el buen funcionamiento del sistema global

(asumiendo datos de entrada correctos).

• Modelado: Gc(s) (función de transferencia).

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• El actuador.

Controlador +

-

Sensor

Planta Actuador

Referencia

Comparador

Error Control Acción Salida

Medida

– Etapa de potencia.

• Transforma la señal de control en una acción que puede ser

interpretada por la planta.

• Modelado: Ga(s) (función de transferencia).

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Subsistemas

Controlador +

-

Sensor

Planta Actuador

Referencia Salida

Cadena directa

Cadena de realimentación

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Controlador +

-

Sensor

Planta Actuador

Referencia Salida

Zona de baja energía Zona de alta energía

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PC/C +

-

A/D

Planta D/A

Referencia Salida

Dominio discreto Dominio continuo

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Ejemplos de sistemas de control

– Control manual:

• El elemento de control es un operador humano.

– Algunos ejemplos serían una persona que conduce un

automóvil, cocinero preparando un plato, operario

manipulando una grúa.

– Control de procesos:

• Aire acondicionado de una casa, nivel de agua en un

depósito, control del pH en un cultivo de algas.

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– Servosistemas:

• Posición del brazo de un robot, piloto automático de un

avión, posicionamiento de la cabeza en un disco duro.

– Sistemas biológicos:

• Sistema predador-presa, señalar con el dedo,

transpiración, apertura y cierre de la pupila.

– Sistemas económicos:

• Empresa, mercado de valores.

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¿Cuándo es necesaria la

compensación?

– Inestabilidad.

– Oscilación excesiva.

– Lentitud.

– Sensibilidad ante perturbaciones.

– Error en régimen permanente.

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– Repuesta inestable:

• La salida del sistema no está acotada.

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– Repuesta oscilatoria:

• La salida del sistema presenta picos de oscilación que

no son admisibles.

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– Repuesta lenta:

• La salida del sistema tarda mucho en alcanzar el valor deseado.

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– Error en régimen permanente:

• La salida del sistema no se estabiliza en el punto

deseado.

– Repuesta ruidosa:

• La salida del sistema se ve afectada por perturbaciones.

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Tipos de compensación

– Compensación en serie.

– Compensación en paralelo o en realimentación.

– Compensación de perturbaciones.

– Compensación de entrada/salida

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– Compensación en serie:

• El controlador se sitúa en serie con la planta.

Controlador +

- Planta

Referencia Salida

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– Compensación en paralelo:

• El controlador se sitúa en la cadena de realimentación.

Controlador

+

- Planta

Referencia Salida

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– Compensación de perturbaciones:

• El controlador trata de anular el efecto de alguna

perturbación.

Controlador

+

- Planta

Referencia Salida

Perturbación

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– Compensación de entrada:

Controlador +

- Planta

Referencia Salida

– Compensación de salida:

Controlador +

- Planta

Referencia Salida

Definiciones Sistema. Es una combinación de componentes que actúan conjuntamente

para lograr cierto objetivo. El concepto de sistema se puede aplicar a

fenómenos físicos, biológicos, económicos, sociales y otros.

Variable controlada (Salida). Es la cantidad o condición que se mide

y controla.

Variable manipulada. Es la variable que se modifica con el fin de

afectar la variable controlada.

Proceso. Es el desarrollo natural de un acontecimiento, caracterizado

por una serie de eventos o cambio graduales, progresivamente

continuos y que tienden a un resultado final.

Planta. Conjunto de piezas de una maquinaria que tienen por objetivo

realizar cierta actividad en conjunto. En sistemas de control, por planta se

entiende el sistema que se quiere controlar.

Definiciones

Perturbaciones. Una perturbación es algún suceso que afecta

adversamente el desarrollo de algún proceso. Si la perturbación

se genera dentro del sistema, se le denomina perturbación interna,

caso contrario la perturbación es externa.

Control realimentado. Es una operación que tiende a mantener una

relación prescrita de una variable de un sistema con otra, comparando

estas funciones y usando sus diferencias como medio de control.

Sistema de control realimentado. Es aquel sistema de control que utiliza

alguna relación entre la variable de salida y alguna variable de referencia,

como medio de control.

Sistema de control de lazo abierto. Es un sistema de control en donde

La salida no tiene efecto sobre la acción de control. La salida puede ser

o no ser medida, pero esa medición no afecta al controlador.