INFORME SISTEMAS DE CONTROL

Vista previa del material en texto

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA 
UNIVERSIDAD ALONSO DE OJEDA 
VICERRECTORADO ACADÉMICO 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
ESCUELA DE COMPUTACIÓN 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMAS DE CONTROL 
 
 
 
PROFESOR 
DAYAN MATOS 
ESTUDIANTE 
HENDRICK MEDINA 
C.I-30.878.368 
SECCIÓN 
IC0711 
Ciudad Ojeda, 16 de Marzo de 2023 
 
 
 DINÁMICA DE PROCESOS 
 La dinámica de procesos en sistemas de control se refiere a cómo cambian 
las variables del proceso con el tiempo en respuesta a las entradas y salidas 
del sistema de control. Los sistemas de control se utilizan en una amplia gama 
de aplicaciones, desde la producción de bienes y servicios hasta el control de 
procesos químicos y la gestión del tráfico aéreo. 
 
 TIPOS DE PROCESOS 
 Procesos de primer orden 
 Estos procesos tienen una sola variable de estado y una sola entrada. Su 
respuesta temporal es de tipo exponencial y se caracterizan por un tiempo 
constante de tempo de respuesta. 
 
 Procesos de segundo orden 
 Estos procesos tienen dos variables de estado y una sola entrada. Su 
respuesta temporal es de tipo oscilatorio, y se caracterizan por tener un tiempo 
de respuesta más largo que los procesos de primer orden. 
 
 Procesos de orden superior 
 Estos procesos tienen más de dos variables de estado y una o varias 
entradas. Su respuesta temporal es más compleja que los procesos de primer 
y segundo orden, y se caracterizan por tener tiempos de respuesta más largos 
 
 Procesos de tiempo muerto 
 En un proceso de tiempo muerto, hay un retraso entre la entrada y la salida 
del proceso. Esto significa que la salida del proceso no cambia 
inmediatamente en respuesta a un cambio en la entrada. La dinámica de un 
proceso de tiempo muerto se puede describir mediante una función de retardo. 
 
 
 Procesos no lineales 
 En un proceso no lineal, la relación entre la entrada y la salida no es 
proporcional o no se puede describir mediante una ecuación diferencial lineal. 
Los procesos no lineales son más difíciles de modelar y controlar que los 
procesos lineales. 
 
 Procesos multivariables 
 En un proceso multivariable, hay varias entradas y salidas que están 
interconectadas y afectan entre sí. Los procesos multivariables son más 
complejos que los procesos univariables y requieren técnicas de control 
avanzadas, como el control multivariable. 
 
 Procesos en cascada 
 En un proceso en cascada, hay varios niveles de control que se utilizan 
para controlar diferentes aspectos del proceso. El control en cascada se utiliza 
a menudo en procesos donde es importante controlar múltiples variables y 
minimizar las perturbaciones en el proceso. 
 
 TEOREMA DE VALOR FINAL 
 El teorema de valor final se aplica a sistemas de control de lazo cerrado y 
establece que la respuesta del sistema en el tiempo cuando la entrada tiende 
a un valor constante es igual al valor constante de la entrada multiplicado por 
la ganancia del sistema en régimen permanente. Es decir, si el sistema está 
en régimen permanente, la salida del sistema será igual a la entrada 
multiplicada por la ganancia del sistema. 
 
 CARACTERÍSTICAS DE LA RESPUESTA DE UN SISTEMA DE 
CONTROL 
 Existen tres características importantes que se utilizan para analizar la 
respuesta de un sistema de control. Estas son: 
 
 Estabilidad 
 Un sistema de control se considera estable si la respuesta del sistema no 
diverge y permanece acotada. Para determinar la estabilidad de un sistema, 
se pueden utilizar métodos como el criterio de Routh-Hurwitz, el criterio de 
Nyquist y el criterio de la ubicación de los polos. 
 
 Error 
 El error en un sistema de control se puede minimizar ajustando la ganancia 
del sistema o utilizando técnicas de compensación, como controladores PID 
(Proporcional, Integral y Derivativo). El objetivo es reducir el error a cero o a 
un valor aceptable. 
 
 Velocidad 
 La velocidad de un sistema de control se puede mejorar utilizando técnicas 
de diseño de controladores, como el controlador proporcional integral (PI) y el 
controlador proporcional integral derivativo (PID). El objetivo es hacer que la 
respuesta del sistema sea rápida y sin demora. 
 
 Retroalimentación 
 Los sistemas de control dependen de las tres variables del teorema de valor 
final que son error, donde se supone que el margen de error debe ser lo más 
aproximado al cero nunca se llega a ser absoluto debido a que el margen de 
error depende de los procesos asociados que hacen que ese elemento trabaje 
dentro del sistema, por ejemplo, las condiciones ambientales en dónde se esté 
trabajando, obstrucciones en el camino,por el material del cual está hecho, 
entre otros. 
 
 Por otra parte la estabilidad, donde, la respuesta del sistema debe ser 
continua y medible a través del tiempo, no puede variar para un suceso 
determinado y luego cambiar para otro, se puede adaptar pero la respuesta 
debe ser la misma y por último la velocidad ya que se supone que un sistema 
de control reaccione con velocidad para evitar el desperdicio de recursos. 
 
 Procesos de primer orden. 
 Es un proceso el cual es muy simple por ejemplo una válvula unidireccional 
muy análogo. 
 
 Procesos de segundo orden 
 Son aquellos que poseen dos variables estado y una de entrada por 
ejemplo una bombona debido a que tiene dos variables principales la presión 
y la humedad. 
 
 Procesos de orden superior 
 Son aquellos que engloban los procesos de primer y segundo orden un 
proceso de orden puede contener ambos procesos. 
 
 ANALISIS DE RESPUESTA DE UN SISTEMA EN UN ENTORNO DE 
SISTEMA COMPUTACIONAL 
 
 El análisis de respuesta de un sistema en un entorno de sistema 
computacional es un proceso mediante el cual se examina el comportamiento 
de un sistema en respuesta a una entrada o estímulo, en el contexto de un 
sistema computacional. 
 
 En general, este análisis implica la evaluación de cómo el sistema responde 
a una entrada específica, incluyendo la rapidez y precisión de su respuesta, la 
estabilidad y la robustez del sistema ante diferentes entradas y condiciones 
del entorno. 
 
 CONCEPTO DE CONTROLADOR Y CARACTERISTICAS 
 
 Un controlador es un dispositivo o sistema que se utiliza para controlar y 
regular el comportamiento de un proceso o sistema en función de una entrada 
o conjunto de entradas. Los controladores son comúnmente utilizados en una 
amplia variedad de aplicaciones, desde sistemas de calefacción y refrigeración 
hasta sistemas de control de procesos industriales. 
 
 Algunas de las características comunes de un controlador incluyen: 
 
 Sensibilidad: El controlador debe ser capaz de detectar los cambios en las 
entradas y responder adecuadamente. 
 
 Precisión: El controlador debe ser capaz de proporcionar una respuesta 
precisa y confiable a los cambios en las entradas. 
 
 Velocidad: El controlador debe ser capaz de responder rápidamente a los 
cambios en las entradas y ajustar la salida en consecuencia. 
 
 Robustez: El controlador debe ser capaz de funcionar de manera confiable 
y efectiva en una variedad de condiciones y entornos. 
 
 Flexibilidad: El controlador debe ser capaz de adaptarse a diferentes 
situaciones y entornos de operación. 
 
 Estabilidad: El controlador debe ser capaz de mantener una salida estable 
y constante en condiciones cambiantes. 
 
 Facilidad de uso: El controlador debe ser fácil de configurar y ajustar para 
diferentes aplicaciones y situaciones. 
 
 ACCIONES BASICAS DE UN CONTROL 
 
 Las acciones básicas de un control se refieren a las diferentes formas en 
que el controlador ajusta su salida para lograr un objetivo determinado. Las 
acciones básicas de un control incluyen: 
 
 Acción proporcional (P): Estaacción se basa en la relación proporcional 
entre la entrada y la salida. En una acción proporcional, el controlador ajusta 
su salida en proporción al error (diferencia entre la entrada y la salida 
deseada). Por lo tanto, cuanto mayor sea el error, mayor será el ajuste en la 
salida. 
 
 Acción integral (I): Esta acción se utiliza para corregir errores acumulativos. 
En una acción integral, el controlador ajusta su salida en función de la integral 
del error (suma de los errores a lo largo del tiempo). Esta acción ayuda a 
corregir los errores que no se han corregido mediante la acción proporcional. 
 
 Acción derivativa (D): Esta acción se basa en la tasa de cambio del error. 
En una acción derivativa, el controlador ajusta su salida en función de la tasa 
de cambio del error (velocidad a la que el error está cambiando). Esta acción 
ayuda a prevenir oscilaciones en la salida y mejorar la respuesta del sistema. 
 
 Acción de control en cascada: Esta acción se utiliza cuando el controlador 
principal no puede controlar directamente la variable del proceso. En una 
acción de control en cascada, se utiliza un controlador secundario para 
controlar la variable del proceso y el controlador principal ajusta la salida del 
controlador secundario para lograr el objetivo deseado. 
 
 Acción de control de relación: Esta acción se utiliza cuando se requiere una 
relación específica entre dos variables del proceso. En una acción de control 
de relación, el controlador ajusta la relación entre las variables del proceso 
para lograr el objetivo deseado. 
 
 CONTROLADORES PID 
 Un controlador o regulador PID es un dispositivo quepermite controlar un 
sistema en lazo cerrado para que alcance el estado de salida deseado. El 
controlador PID está compuesto de tres elementos que proporcionan una 
acción Proporcional, Integral y Derivativa. Estas tresacciones son las que dan 
nombre al controlador PID. 
 
 
 CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE LOSCONTROLADORES PID 
 El control PID proporciona una variación continua de la salida dentro de un 
mecanismo de retroalimentación de bucle de control para controlar con 
precisión el proceso,eliminando la oscilación y aumentando la eficiencia. 
 
• Múltiples controladores PID disponibles en el PLC. 
• Acción Proporcional, Integral y Derivativaindependientes. 
• Disponibilidad de salida analógica y salida digital. 
• Configuración de parámetros en tiempo real. 
• Opción para Proporcional en Error y Proporcional enMedición. 
 
 PARAMETROS DE CONTROLADORES PID 
Parámetro proporcional (P) 
La ganancia proporcional realiza una medición del valor actual y del set-point 
en porcentaje. Este tipo decontrolador permite aplicar el cambio. 
 
 
 Sin embargo, no siempre tiene el mismo valor: 
 
• Aplicaciones centrífugas: se aconseja un valor del10% 
• Aplicaciones sumergibles: se recomienda un valor del50% 
 
Esto permite reducir el error porque disminuye ladiferencia entre el estado 
deseado y el estado conseguido. 
 
Parámetro integral (I) 
La acción integral es el periodo de tiempo determinado que es preciso para la 
acción correctiva. En función del tiempo existen diferentes valores: 
 
• Valor pequeño: el set-point, es decir, el ajuste de valor es más rápido. Sin 
embargo, se deben tomar precauciones porque puede causar inestabilidad 
enel sistema. Entre los principales problemas están las oscilaciones, vibración 
de motor y vibración de labomba. 
• Valores más altos: el tiempo de respuesta es más lento, lo que origina un 
rebasamiento del puntode ajuste y oscilación en la frecuencia de salida. 
 
Si el error es mayor que el deseado se aumenta la constante integral Ki para 
minimizar el error y conseguir la velocidad adecuada. Sin embargo, este debe 
aumentarse poco a poco para garantizar la estabilidad. 
 
Parámetro derivativo (D) 
La acción derivativa se utiliza cuando la acción proporcional se vuelve 
inestable antes de conseguir la respuesta deseada. Para lograrlo 
aumentamos, poco a poco, la constante derivativa Kd. De esta 
formaalcanzamos la estabilidad en la respuesta. 
 
 
“Es necesario ajustar el control PID hasta conseguir larespuesta deseada” 
 
El parámetro derivativo (D) es predictivo: realiza una previsión del error para 
tomar la acción más oportuna. De esta forma podemos tomar las medidas 
adecuadas antes de que sea demasiado tarde porque corrige el error al 
cambiar la velocidad. 
 
Método de Ziegler-Nichols: El método de Ziegler-Nicholspermite ajustar o 
"sintonizar" un controlador PID de forma empírica, sin necesidad de conocer 
las ecuaciones de la planta o del sistema controlado. Estas reglas de ajuste 
propuestas por Ziegler y Nichols fueron publicadas en 1942 y desde entonces 
es constituyen uno de los métodos de sintonización más ampliamente 
difundido y utilizado. 
 
Sintonización por la respuesta al escalón: Este método de sintonización se 
adapta bien a los sistemas que son estables en lazo abierto y que presentan 
un tiempo de retardo desde que reciben la señal de control hasta que 
comienzan a actuar. 
 
Retroalimentación. 
 
Existen tres características DPI de las cuales son que tiene múltiples 
controladores pediré disponible en formato PLC. 
 
Tiene tres tipos de acciones las cuales son independientes que tienen 
disponibilidad en la salida analógica y digital, siendo la analógica la que se 
mide y la digital que es binaria (1,0) 
 
El set-Point da un porcentaje, se puede decir que es la capacidad máxima que 
tiene un sistema . 
 
El simulador se utiliza para evaluar una respuesta prospectiva que puede tener 
un sistema, en otras palabras, son escenarios que pueden ocurrir en un 
determinado futuro, lo cual sirve para entonar, lo que significa afinar el máximo 
nivel de certeza de un controlador, es decir, llevarlo a su fase más productiva 
. 
LENGUAJE DE PROGRAMACION LADDER 
El lenguaje de programación Ladder (también conocido como Ladder Logic o 
Diagrama de Contactos) es un lenguaje gráfico utilizado comúnmente en la 
programación de controladores lógicos programables (PLC, por sus siglas en 
inglés). 
 
El lenguaje Ladder se basa en la representación gráfica de circuitos eléctricos 
utilizando símbolos y diagramas que representan contactos, bobinas, relés, 
temporizadores, contadores y otras funciones de lógica booleana. 
 
LENGUAJE MOTOROLA 
El lenguaje de programación Motorola (también conocido como Assembly de 
Motorola o ASM de Motorola) es un lenguaje de bajo nivel utilizado en la 
programación de microprocesadores y microcontroladores fabricados por 
Motorola y otras compañías que utilizan arquitectura basada en la familia de 
microprocesadores Motorola 68000.