Definiciones de estrategias de control automático PDF

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Apuntes de instrumentación, tema control automático para materia de ingenieros químicos...

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Materia: Instrumentación

Fecha: Abril 16 – Abril 22, 2018 Semana 8

3. Modelación de un sistema de primer orden 3.2. Definiciones de estrategias de control automático

Estrategias de control: determina la estructura o circuito que sigue la información o señales en el lazo. Dependiendo de la aplicación (entorno de trabajo, máquina) a gobernar se debe definir el actuar de las variables de proceso (presión, flujo, temperatura, etc,). En función de esta información se incorporaran determinados instrumentos y/o equipos con los cuales se debe lograr la estabilidad en la aplicación o sistema. Estos instrumentos y/o equipos podrán estar en cantidades (varios sensores, varios controladores, etc.) y dispuestos en una jerarquía o circuito específico determinado por el Ingeniero de proceso. Por lo general cada entorno de trabajo tiene sus estrategias establecidas. Ejemplos de estrategias de control típicas pueden ser:

3.2.1. Sistema de control discontinuo (ON-OFF) Es aquel en que la modificación de la variable manipulada no es continua sino que solo puede tomar un valor máximo o un valor mínimo. Estos pueden valores pueden ser: abierto o cerrado, conectado o desconectado, etc. Un ejemplo de estos sistemas es el calentador de agua eléctrico. El sistema funciona calentando agua mediante una resistencia eléctrica la cual se conecta o se desconecta, según el valor de la temperatura en el recipiente, por la acción de un bimetálico (comúnmente conocido como termostato), el cual al calentarse se deforma. Este elemento sirve a la vez de instrumento de medición, controlador y elemento final de control. Ya que cuando el agua se calienta hasta el valor deseado su deformación hace que se desconecte el circuito eléctrico apagando la resistencia eléctrica y cuando el agua se enfría se vuelve a enderezar conectando de nuevo el circuito con lo cual la resistencia vuelve a calentar el agua. También puede ser una válvula solenoide, es una válvula eléctrica utilizada para controlar el paso de un fluido (gas o líquido). Las válvulas solenoides ofrecen funciones de apertura o cierre total y no se pueden utilizar para regular el flujo del fluido.

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3.2.2. Control SISO y MIMO. Hasta el momento hemos venido estudiando problemas donde una señal de entrada genera una señal de salida (Single Input – Single Output, SISO). Pero en la práctica en general se presentan muchas variables a controlar a la vez, que responden a los estímulos de distintas señales de entrada a la vez (Multiple Input – Multiple Output, MIMO). Por ejemplo, alcanza con que tengamos que controlar producción (en el sentido de cantidad producida) y calidad (en el sentido de composición) de un proceso para que tengamos al menos dos salidas.

Figura 3.7. Un caso tan sencillo como una simple mezcla de corrientes implica un control MIMO:

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Figura 3.8. Un tanque de flasheo también implica varias variables de entrada y de salida:

En forma esquemática

Si tenemos dos entradas y dos salidas

3.2.3. Control retroalimentado. En este procedimiento se toma la variable controlada y se retroalimenta al controlador para que este pueda tomar una decisión. Es necesario comprender el principio de operación del control por retroalimentación para conocer sus ventajas y desventajas. La ventaja del control por retroalimentación consiste en que es una técnica muy simple, que compensa todas las perturbaciones. Cualquier perturbación puede afectar a la variable controlada, cuando ésta se desvía del punto de control, el controlador cambia su salida para que la variable regrese al punto de control. El circuito de control no detecta qué tipo de perturbación entra al proceso, únicamente trata de mantener la variable controlada en el punto de control y de esta manera compensar cualquier perturbación. La 3

desventaja del control por retroalimentación estriba en que únicamente puede compensar la perturbación hasta que la variable controlada se ha desviado del punto de control, esto es, la perturbación se debe propagar por todo el proceso antes de que la pueda compensar el control por retroalimentación.

3.3.

Sistema de primer orden.

Los modelos matemáticos de sistemas físicos lineales (o linealizados) se pueden clasificar según el orden de la ecuación diferencial que los representa, es así como se puede hablar de los sistemas de primer orden, los sistemas de segundo orden y los sistemas de orden superior. La respuesta de un sistema corresponde a la solución de la ecuación diferencial del modelo que lo representa, la cual consta de dos partes: 

Una respuesta transitoria, correspondiente a la solución transitoria (homogénea) de la ecuación diferencial y que representa la transición entre el estado inicial del sistema y su estado una vez absorbido por completo el efecto de la entrada. Esta influye en un período de tiempo corto después de aplicada la entrada.

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Una respuesta en estado estable, correspondiente a la solución en estado estable (particular) de la ecuación diferencial y que representa la respuesta del sistema para un tiempo infinito después de la aplicación de una entrada cualquiera, momento en el cual se puede considerar que el sistema a absorbido por completo el efecto de la entrada aplicada.

Bibliografia

1. https://www.fing.edu.uy/iq/cursos/dcp/teorico/19_CONTROL_MIMO.pdf 2. Smith Carlos A. y Corripio Armando B. (1991). Control Automático de Procesos Teoría y Práctica. Editorial LIMUSA. México, D.F.

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