01 - Introducción - Control de sistemas mecánicos - Juan Ignacio Larrain

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ICM2813 Control de Sistemas Mecánicos
Departamento de Ingenieŕıa Mecánica y Matalúrgica
Pontificia Universidad Católica de Chile
Tito Arevalo-Ramirez
21 de marzo de 2023
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Contents
Introducción
Objetivos de análisis y diseño
Criterios de rendimiento
Diseño de sistemas de control
Breve historia y futuro del control automático
Ejemplos de Control
Simulación
Gracias
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Introducción
Los sistemas de control permiten mejorar nuestra calidad de
vida. Sin embargo, el ambiente que nos rodea es complejo
A pesar de la complejidad de los elementos que nos rodean, en sistemas
de control nos enfocaremos en pequeños segmentos de la naturaleza que
pueden ser representados por modelos lineales invariantes en el tiempo.
No obstante, nuestros controladores deben ser capaces de enfrentarse a
comportamientos no lineales que pueden variar en el tiempo.
Recordemos que es:
• Sistema
• Sensor
• Actuador
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En base a los componentes principales mencionados anterior-
mente, podemos ilustrar un sistema de control en lazo abierto
¿Cuál es un ejemplo de control en lazo abierto?
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Además de sistemas de control en lazo abierto tenemos siste-
mas en lazo cerrado
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Además de sistemas de control en lazo abierto tenemos siste-
mas en lazo cerrado
Nótese que el sistema de control esta incompleto, debemos ser consientes
que en el mundo real existen perturbaciones y ruido que afectan a
nuestro proceso
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Además de sistemas de control en lazo abierto tenemos siste-
mas en lazo cerrado
Nótese que el sistema de control esta incompleto, debemos ser consientes
que en el mundo real existen perturbaciones y ruido que afectan a
nuestro proceso
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A pesar que nuestro interés es en sistemas de lazo cerrado, los
sistemas en lazo abierto presentan ciertas ventajas sobre los de
lazo cerrado
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A pesar que nuestro interés es en sistemas de lazo cerrado, los
sistemas en lazo abierto presentan ciertas ventajas sobre los de
lazo cerrado
• Ventajas:
• Fácil de construir y mantener
• Baratos
• No existen problemas de inestabilidad
• Convenientes cuando la salida del sistema no se puede medir
• Desventajas:
• Las perturbaciones o cambios en su calibración producen
errores y comportamiento no esperado
• Requieren calibración constante
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La complejidad de los sistemas se puede incrementar por dos
factores
Sistemas con múltiples realimentaciones
Sistemas multivariables
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Necesitamos entender que los sistemas de control son sistemas
dinámicos, es decir su respuesta cambia en el tiempo
8
Necesitamos entender que los sistemas de control son sistemas
dinámicos, es decir su respuesta cambia en el tiempo
Con esta información podemos definir parámetros claves al momento de
analizar y diseñar sistemas de control
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Necesitamos entender que los sistemas de control son sistemas
dinámicos, es decir su respuesta cambia en el tiempo
• Respuesta en el transiente
• Respuesta de estado estable
• Estabilidad, nótese que la estabilidad se puede entender como la
suma de la respuesta natural y forzada del sistema 8
En base a los parámetros mencionados anteriormente, se puede
definir ciertos criterios para evaluar controladores
• Estabilidad: El sistema debe ser estable en todo momento
• Seguimiento: La salida del sistema debe seguir la señal de
referencia lo más cerca posible
• Rechazo a perturbaciones: La salida del sistema debe ser
insensible a posibles perturbaciones en la entrada
• Robustez: los criterios mencionados anteriormente deben
cumplirse incluso si el modelo utilizado en el diseño no es
completamente exacto o si la dinámica del sistema f́ısico
cambia con el tiempo
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Diseño de sistemas de control
El objetivo principal en el diseño es determinar la configura-
ción, parámetros y especificaciones para cumplir con la meta
propuesta
El tercer paso es uno de
los más importantes
porque describe como el
sistema de control se
comportará frente a
perturbaciones, cual será
su respuesta transitoria y
de estado estable, cuan
robusto será y cuan
insensible será frente al
ruido entre otros
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Breve historia y futuro del control
automático
Los griegos fueron los pioneros en sistemas de control de lazo
cerrado
Las primeras aplicaciones del control por realimentación aparecieron en el
desarrollo de mecanismo reguladores de flotación en Grecia en el periodo
del 300 al 1 A.C. El reloj de agua de Ktesibios (270 A.C) utilizaba un
regulador flotador.
Reloj de agua de Ktesibios
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El primer controlador de realimentación automático aceptado
es el gobernador centŕıfugo de James Watt, 1769
El sistema desarrollado por Watt permit́ıa controlar la velocidad de una
máquina de vapor
Gobernador centŕıfugo de Watt
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La mayor parte de hitos en la historia del control tuvieron lugar
en el último siglo
Los sistemas de control tuvieron un desarrollo apresurado durante y
después de la segunda guerra mundial
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La mayor parte de hitos en la historia del control tuvieron lugar
en el último siglo
Los sistemas de control tuvieron un desarrollo apresurado durante y
después de la segunda guerra mundial
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La mayor parte de hitos en la historia del control tuvieron lugar
en el último siglo
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Ejemplos de Control
Ingenieŕıa en control de sistemas impacta en nuestras vidas
todos los d́ıas en casi todo lo que hacemos
Un ejemplo sencillo es controlar el nivel de agua en un recipiente.
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Los carros de Tesla también son un ejemplo en donde se aplica
control de sistemas
A pesar que automatizar la conducción de un veh́ıculo es una tarea
complicada, esta se puede dividir en diferentes secciones. Una de las más
importantes es el control de dirección
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¿La sociedad es un proceso controlable?
El modelar la sociedad como un sistema con diferentes señales de
realimentación permite comprender como las diferentes leyes y modifica
el comportamiento de esta. Los fenómenos intŕınsecos de esta.
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Simulación
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Gracias
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	Criterios de rendimiento
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	Ejemplos de Control
	Simulación
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