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Sistemas

1. Diseño de sistemas de control FIUSAC. EIME Sistemas de Control ¨A¨

2. El diseño de un sistema de control, involucra 3 pasos: Determinar qué debe hacer el sistema y cómo hacerlo (especificaciones de diseño) Determinar la configuración del compensador o controlador relativa a cómo está conectado al proceso controlado Determinar los valores de los parámetros del controlador para alcanzar los objetivos de diseño

3. Son únicas para cada aplicación individual y con frecuencia incluyen: estabilidad relativa, precisión en el estado estable (error), respuesta transitoria, y características de respuesta en frecuencia. En algunas aplicaciones puede haber especificaciones adicionales sobre sensibilidad a variaciones de parámetros ( ej : robustez, rechazo a perturbaciones, etc.) En sistemas lineales, se puede realizar en dominio del tiempo o en el de la frecuencia: En el caso del tiempo, se emplean especificaciones de diseño como tiempo de levantamiento, tiempo de retardo, tiempo de asentamiento, sobrepaso máximo, etc. Es factible analíticamente sólo para sistemas de segundo orden y son difíciles de establecer. En el caso de frecuencia, se han desarrollado herramientas gráficas como las trazas de Bode, trazas de Nyquist, traza de ganancia-fase, y la carta de Nichols . Con estas herramientas se pueden bosquejar mediante métodos aproximados sin realizar dibujo detallado. Especificaciones de diseño

4. El objetivo de diseño es que las variables controladas se comporten en cierta forma deseada, el problema involucra determinar la señal de control dentro de un intervalo prescrito para que todos los objetivos de diseño sean satisfechos. Configuraciones comúnmente empleadas en compensación del controlador: En serie (cascada) Mediante realimentación Mediante la realimentación de estado En serie-realimentada Prealimentada El controlador más ampliamente empleado en estos esquemas es el controlador PID, el cual aplica una señal al proceso que es una combinación proporcional, integral y derivada de la señal de actuación. Configuraciones del controlador

5. El control proporcional, es generalmente un amplificador simple con una ganancia constante. Se puede considerar un controlador en tiempo continuo más general como el que contiene componentes como sumadores, amplificadores, atenuadores, diferenciadores e integradores. La tarea del diseñador es determinar cuáles de estos componentes deben emplearse, en qué proporción, y cómo deberían estar conectados. El controlador en serie es del tipo PD con la función de transferencia: Por lo que, la señal de control aplicada al proceso es:   Controlador PD

6. Un controlador PD diseñado adecuadamente afectará el desempeño de un sistema de control en las formas siguientes: Mejora el amortiguamiento y reduce el sobrepaso máximo Reduce el tiempo de levantamiento y el tiempo de asentamiento Incrementa el BW Mejora el margen de ganancia, margen de fase y Mr Puede acentuar el ruido en altas frecuencias No es efectivo para sistemas ligeramente amortiguados o inicialmente inestables Puede requerir un capacitor muy grande en la implementación del circuito

7. Control Proporcional integral Su función de transferencia es: Ventajas y desventajas: Mejora el amortiguamiento y reduce el sobrepaso máximo Incrementa el tiempo de levantamiento Disminuye el ancho de banda Mejora el margen de ganancia, margen de fase y Mr. Filtra el ruido de alta frecuencia El problema de seleccionar una combinación adecuada de Ki y Kp para que el capacitor en la implementación del circuito del controlador no sea excesivamente grande, es más agudo que en el caso del controlador PD.   Controlador PI

8. Control Proporcional, integral y derivativo Procedimiento para el diseño del controlador PID: Considere que consta de una parte PI conectada en cascada con una parte PD. La función de transferencia del PID se escribe como: La constante proporcional de la parte PD se hace unitaria, ya que sólo se necesitan 3 parámetros en el controlador PID. Los cuales son: Considere que sólo la parte PD está operando. Seleccione el valor de para lograr una parte de la estabilidad relativa deseada. Seleccione los parámetros y para que el requisito de la estabilidad relativa sea satisfecho. Como opción, la porción PI se puede diseñar primero para una parte del requisito sobre la estabilidad relativa y finalmente, se diseña la parte PD.   Controlador PID

9. El controlador PID y sus componentes (PD y PI), representan formas simples de controladores que emplean operaciones de derivación e integración en la compensación de sistemas de control. El diseño se puede ver como un problema de diseño de filtros: PD es un filtro paso altas PI es un filtro paso bajas PID es un filtro pasa bandas o banda atenuada El filtro paso altas a menudo se denomina como controlador de adelanto de fase ya que introduce fase positiva al sistema en algún intervalo de frecuencias. Diseño con el controlador de adelanto de fase