UNIDAD MODULAR 1. CONCEPTOS BSICOS. Definicin y clasificacin de los sistemas de controlAntes de iniciar el control es necesario conocer unos conceptos bsicos de control:1. Variable controlada y variable manipulada: La variable controlada es la cantidad o condicin que se mide y controla. La variable manipulada es la cantidad o condicin que el controlador modifica para afectar el valor de la variable controlada. Por lo comn, la variable controlada es la salida (el resultado) del sistema.

2. Controlar: significa medir el valor de la variable controlada del sistema y aplicar la variable manipulada al sistema para corregir o limitar una desviacin del valor medido a partir de un valor deseado.

3. Plantas: Una planta puede ser una parte de un equipo, tal vez un conjunto de las partes de una mquina que funcionan juntas, el propsito de la cual es ejecutar una operacin particular. Para nosotros, planta ser cualquier objeto fsico que se va a controlar (tal como un dispositivo mecnico, un horno de calefaccin, un reactor qumico o una nave espacial).

4. Procesos: Proceso se define como una operacin o un desarrollo natural continuo y progresivo, marcado por una serie de cambios graduales que se suceden uno al otro en una forma relativamente fija y que conduce a un resultado o propsito determinado, ya sea artificial o voluntario el cual debe ser controlado de forma sistemtica. Estos procesos pueden ser qumicos, econmicos, biolgicos y similares.

5. Sistemas: Es una combinacin de componentes que actan juntos y cumplen un objetivo determinado, este no necesariamente fsico. El concepto de sistema se aplica a fenmenos abstractos y dinmicos. Por lo cual la palabra sistema debe interpretarse como una implicacin de sistemas fsicos, biolgicos, econmicos y similares.

6. Perturbaciones: Son seales que tienden a afectar de forma negativa la salida de un sistema. Existen dos tipos de perturbaciones, internas si se generan dentro del sistema y externas si son fueras de este y son una entrada.

7. Control realimentado: Se refiere a una operacin que, en presencia de una perturbacin, tiende a reducir la diferencia entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia y lo contina haciendo con base en esta diferencia.

8. Ejemplos de sistemas de control: Sistemas de control de velocidad, de un robot, de temperatura, sistemas empresarialesa. Control de velocidad

b. Control de un robot que reconoce patrones

c. Control de temperatura de un horno y de un pasajero en un automvil.

TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL

1. Sistemas de control en lazo abierto: Es un tipo de sistemas en el cual la salida no afecta la entrada, en pocas palabras en este tipo de sistema de control la salida no se mide ni se realimenta a la entrada para compararlas. El ejemplo ms sencillo es el de la lavadora que opera con una base de tiempo para realizar todas sus operaciones. En este tipo de sistemas la precisin depende de la calibracin y se pueden presentar funcionamientos errneos en presencia de perturbaciones, es decir, este tipo de control se debe usar si se conoce la relacin entre la salida y la entrada.

2. Sistemas de control realimentados: Aqu se mantiene una relacin entre la salida y la entrada de referencia, para comparar las dos seales y usar la diferencia como medio de control. Un ejemplo es control de temperatura de una habitacin, donde se mide la temperatura real y se compara con una referencia conocida como Set Point, que viene a ser la temperatura deseada, el termostato entonces activa o desactiva el equipo para calentar o enfriar segn sea el caso.

3. Sistemas de control en lazo cerrado: Hacen parte de los anteriores. En la prctica, los trminos control realimentado y control en lazo cerrado se usan indistintamente. En un sistema de control en lazo cerrado, se alimenta al controlador la seal de error de actuacin, que es la diferencia entre la seal de entrada y la seal de realimentacin (que puede ser la seal de salida misma o una funcin de la seal 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 trmino control en lazo cerrado siempre implica el uso de una accin de control realimentado para reducir el error del sistema.

SEALES DE PRUEBA TPICAS

Las entradas a algunos sistemas de control prcticos, no se conocen con anticipacin. En muchos casos, las entradas de un sistema de control pueden variar en forma aleatoria con respecto al tiempo. Por ejemplo, en un sistema de rastreo por radar de misiles antiareos, la posicin y la velocidad del blanco a rastrear pueden variar en forma impredecible, por lo que no se puede predeterminar. Esto provoca un problema para el diseador, ya que es difcil disear un sistema de control que tenga un desempeo satisfactorio para todas las formas posibles de seales de entrada. Para propsitos de anlisis y diseo, es necesario suponer algunos tipos bsicos de entradas de prueba para evaluar el desempeo de un sistema. Mediante la seleccin adecuada de estas seales de prueba bsicas, no slo se sistematiza el tratamiento matemtico del problema, sino que la respuesta a este tipo de entradas permite la prediccin del desempeo del sistema con otras entradas ms complejas. En el problema de diseo, los criterios de desempeo se pueden especificar con respecto a estas seales de prueba, en tal forma que el sistema se pueda disear para cumplir con dichos criterios. Este enfoque es particularmente til para sistemas lineales, ya que la respuesta a seales complejas se puede determinar al sobreponer las respuestas, debido a seales de pruebas simples.

Cuando la respuesta de un sistema lineal e invariante con el tiempo se analiza en el dominio de la frecuencia, se emplea una entrada senoidal con frecuencia variable. Cuando la frecuencia de entrada se barre desde cero hasta el valor significativo de las caractersticas del sistema, las curvas en trminos de la relacin de amplitudes y fases entre la entrada y la salida se dibujan como funciones de la frecuencia. Es posible predecir el comportamiento del sistema en el dominio del tiempo a partir de sus caractersticas en el dominio de la frecuencia.

Para facilitar el anlisis en el dominio del tiempo, se utilizan las seales de prueba determinsticas: escaln, rampa, aceleracin, senoidal e impulso. Estas seales permiten realizar anlisis experimentales y matemticos con facilidad ya que son funciones muy simples del tiempo, fciles de representar matemticamente y experimentalmente.

Seales bsicas de prueba en el dominio del tiempo para sistemas de control. (a) Funcin escaln. (b) Funcin Rampa (c) Funcin parbola. (d) Funcin senoidal (e) Funcin Impulso.

Bibliografa

[1] B. Kuo, Sistemas de Control Automatico, Mejico: Prentice - Hall , 1996. [2] K. Ogata, Ingeniera de Control Moderno, Mejico: Prentice - Hall, 1998.