Saltar navegación

Activa JavaScript para disfrutar de los vídeos de la Mediateca.

Sistemas de Control automatico - Contenido educativo

Ajuste de pantalla

El ajuste de pantalla se aprecia al ver el vídeo en pantalla completa. Elige la presentación que más te guste:

Subido el 16 de enero de 2019 por Isabel L.

248 visualizaciones

Más información Transcripción

Descargar la transcripción

El control automático es una de las bases de la tercera revolución industrial y cada día más está cobrando mayor importancia. 00:00:06
Aunque en principio las bases teóricas del control automático requieren un gran conocimiento, sobre todo de electrónica y de matemáticas, una base de matemática fuerte, 00:00:17
Lo cierto es que debido al gran desarrollo de los equipos digitales, la automática está cobrando matices que eran insospechazos anteriormente. 00:00:32
Aún así, aunque en este caso no vamos a hablar de control digital, sino vamos a seguir tratando el tema de los controles clásicos, las bases teóricas de la automática y el control son complejas y precisan de un buen desarrollo y estudio. 00:00:48
Vamos a empezar por establecer unas definiciones básicas para el control, para el mundo del control 00:01:11
y a diferenciar entre lo que son los sistemas en lazo abierto y lazo cerrado 00:01:22
que son los sistemas de control clásicos y que aún, aunque sean controles digitales 00:01:27
se siguen estableciendo este tipo de lazos 00:01:34
A lo largo tenemos también de la función de transferencia 00:01:37
de cómo podemos representar los sistemas de control mediante diagramas de bloques 00:01:40
del estudio de la estabilidad de los sistemas de control 00:01:46
y luego de dos elementos típicos que existen siempre en todos los sistemas de control 00:01:50
que son los transductores y los comparadores 00:01:54
porque son quizás los de mayor importancia, mayor trascendencia 00:01:57
dentro de lo que es un sistema clásico de control 00:02:02
Lo que sucede es que hay un cierto desarrollo matemático que es mucho mejor verlo a partir de ejemplos 00:02:07
Entonces aquí casi vamos a hacer un listado de conceptos básicos y después el apartado de problemas desarrollaremos en más detalle todos estos contenidos y estos conceptos básicos 00:02:18
En un sistema de control hay que establecer, puesto que son sistemas que no se han visto antes, la planta porque es el conjunto de componentes y piezas que tienen un determinado objetivo, la señal de entrada que es la que excita el sistema, la de salida que es la que obtenemos como resultado de esa interacción entre la entrada y el proceso, 00:02:32
el proceso, que son las operaciones que realiza nuestro sistema de control 00:03:05
el sistema, que son los componentes sobre los cuales yo voy a ejercer ese control 00:03:10
y luego ya tenemos, digamos, matices 00:03:16
bucle abierto, si no tiene realimentación 00:03:19
es decir, si la señal de salida es independiente de la señal de entrada 00:03:23
o bucle cerrado si la señal de salida está relacionada con la señal de entrada. 00:03:29
También podemos hablar de las perturbaciones que son aquellas señales que son un poco ajenas al estudio que nosotros estamos estableciendo 00:03:36
pero que influyen en la actuación y en el propio proceso de control. 00:03:48
y lo que se conoce con el nombre de unidad de control, que es una unidad que va a reaccionar ante la entrada. 00:03:55
Realmente, generalmente, lo que se utiliza la unidad de control es para establecer una comparación entre la salida y la entrada. 00:04:03
El primer diagrama de bloques, que es el sistema de control en lazo abierto. 00:04:16
En un sistema de control enlazado abierto, la salida después del proceso que tenemos no tiene en cuenta el valor de la salida, no tiene en cuenta el posible valor de la entrada. 00:04:20
Son sistemas sin lo que se conoce con el nombre de retroalimentación. 00:04:36
Entre otros, ejemplos típicos son la lavadora, los semáforos, la tostadora. 00:04:41
sistemas en donde podríamos hablar de una posible programación secuencial. 00:04:47
Cerrado, como en este caso, la salida, los elementos de control, tienen que tener en cuenta el valor de entrada y el valor de salida 00:04:59
y para ello se establece un comparador. 00:05:11
Entonces, la diferencia entre el valor de salida y el valor de entrada da lugar a lo que se conoce con el nombre de una señal de error, que es la que va a procesarse y la que va a dar como consecuencia una actuación en el actuador de salida. 00:05:14
Ejemplos típicos son por ejemplo la cisterna, en el cual tenemos un estado transitorio que depende del tiempo en el cual se va llenando hasta que el flotador, que sería un poco el elemento en este caso, un poco el comparador, controlador, está en una determinada posición y cuando ha alcanzado esa posición ya no existe señal de error y entonces el sistema se estabiliza. 00:05:34
Los termostatos, en donde hacemos lo mismo, tenemos un estado transitorio durante el cual vamos a ir calentando hasta que se consigue la temperatura de consigna. 00:06:04
O bien, por ejemplo, la evaluación de los alimentos, que también se puede considerar un proceso de retroalimentación, 00:06:18
en el cual estamos haciendo esa evaluación continua, comprobando y comparando con lo que el alumno sabía con la anterioridad. 00:06:23
Bueno, digamos que se puede trascender a ciertas cuestiones. 00:06:41
Bueno, la función de transferencia es una función que correlaciona los valores de entrada y los valores de salida, 00:06:48
que es lo que tenemos ahí. Es el valor de salida, NS, frente al valor de entrada, DDS. 00:06:56
Vamos a explicar un poco con más detalle a qué se refiere el CS y el NS o lo que sea. 00:07:04
El NS es el valor de salida. En principio se pone en función de S, porque S es un parámetro que viene dado a través de la transformada de Laplace. 00:07:12
Para expresar la función de transferencia se usa esta herramienta matemática de la transformada de Laplace 00:07:22
Porque así se simplifica 00:07:30
Todas las funciones de transferencia van a ser funciones polinómicas 00:07:32
Porque se utiliza justamente la transformada de Laplace 00:07:36
Aunque en realidad la función física real depende del tiempo 00:07:39
Es una función transitoria que depende del tiempo 00:07:47
D de S es el valor de la entrada, y lo mismo, se define en el dominio de Laplace, 00:07:50
aunque en realidad, físicamente, la entrada siempre va a ser una función matemática que va a depender del tiempo. 00:07:56
Entonces, en definitiva, tenemos un cociente de polinomios. 00:08:06
Claro, cuando el denominador tiene valor cero, el GDS tiende a infinito desde el punto de vista matemático. 00:08:09
Y por eso mismo los valores que hacen cero el denominador también se denominan polos. 00:08:20
La importancia de los polos reside en que a partir de esos polos yo voy a poder determinar si nuestro sistema ha alcanzado o no la estabilidad. 00:08:27
En definitiva, es una forma analítica de saber la bondad de un sistema de transferencia, de una función de transferencia y por lo tanto de un sistema de control. 00:08:38
Las funciones físicas que nosotros controlamos suelen ser funciones de tiempo, pero que las pasamos al campo de Laplace. 00:08:57
La transformada de Laplace tiene esta definición desde el punto de vista matemático 00:09:05
Y bueno, pues hacemos un poco como lo mismo que ocurre con las integrales y las derivadas 00:09:12
Nos aprendemos de memoria los valores de transformada de Laplace de determinadas funciones matemáticas 00:09:26
Que son las más comunes dentro del mundo de control 00:09:34
Y que de alguna forma nos va a facilitar la tarea 00:09:36
entonces los sistemas de control que pueden ser muy complejos 00:09:39
pues van a tener una serie de elementos típicos 00:09:45
que los vamos a representar mediante bloques 00:09:48
tenemos una entrada 00:09:51
tenemos por ejemplo este circulito de aquí 00:09:53
es un elemento comparador 00:09:56
después tenemos una salida 00:09:57
está claro que los valores físicos de entrada 00:10:00
pueden ser muy diversos 00:10:04
y que la mayor parte de los sistemas de control que utilizamos son de tipo electrónico o son de tipo electrónico. 00:10:07
Entonces, el primer paso, del cual hablaremos más adelante, es hacer esa transformación del valor físico al valor electrónico 00:10:14
y después ese valor electrónico hay que condicionarlo. 00:10:25
Entonces, es muy común usar filtros, amplificadores, acondicionar esa señal de entrada para después establecer esa comparación. 00:10:30
Este bloque de aquí suele ser la función de transferencia y en la salida tenemos un actuador. 00:10:41
Entonces, dependiendo del valor de la función de transferencia, el actuador puede funcionar o no. 00:10:47
Actuadores también los tenemos de muy diferentes clases. 00:10:53
Pues podemos tener por ejemplo motores, motores eléctricos muy comunes, puede ser algún tipo de LED, podemos también tener como actuadores típicos cilindros neumáticos, depende también del tipo de control porque hay un control que es control neumático que también tiene bastante importancia y en ese caso los transductores lo que hacen es transformar la señal en una señal que se pueda convertir en un control neumático. 00:10:56
en presión de fluidos, pero en cualquier caso, nosotros vamos a poder representar nuestro sistema de control 00:11:26
de base de bloques. Claro, si yo lo que quiero de nuestra señal, etcétera, etcétera, una de las cosas que vamos a tener 00:11:34
que realizar es la simplificación de estos diagramas de bloques. Los diagramas, o sea, las funciones de transferencia 00:11:48
pueden estar en serie, pueden estar en paralelo 00:11:58
podemos tener sistemas mixtos 00:12:02
pueden estar en bucle abierto, pueden estar en bucle cerrado 00:12:04
entonces lo primero que tendremos que hacer 00:12:07
es transformar los sistemas de control 00:12:11
que nos lo van a dar a base de diagramas de bloque 00:12:14
en un sistema de control simplificado 00:12:17
en el que solo aparezca una entrada 00:12:21
una salida y el correspondiente proceso 00:12:23
expresado en forma de función de transferencia 00:12:26
y lo que hacemos para estudiar la estabilidad 00:12:30
de ese sistema de control 00:12:35
es estudiar esa función de transferencia 00:12:37
que hemos obtenido como consecuencia 00:12:40
de la simplificación de los diagramas de bloques 00:12:43
el estudio de esa función de transferencia 00:12:45
supone evidentemente 00:12:51
hallar los polos y por lo tanto resolver 00:12:53
una ecuación que es una ecuación polinómica y como es una ecuación polinómica evidentemente 00:12:56
necesitamos instrumentos de tipo matemático. En principio las matemáticas nos enseñan 00:13:03
a resolver ecuaciones de primero y de segundo grado. Cuando llegamos al tercer grado pues 00:13:09
tenemos que recurrir a procedimientos digamos especiales y el procedimiento especial que 00:13:16
existe para hallar, para resolver ecuaciones polinómicas es el método de Routh, del cual 00:13:22
veremos un ejemplo y lo veremos de una forma mucho más en detalle. Ahora simplemente quedarnos 00:13:30
que el método de Routh es un método que nos va a permitir hallar los polos de una 00:13:37
función de transferencia. Y una vez que nosotros tenemos los polos de esa función de transferencia, 00:13:44
para estudiar la estabilidad y la bondad de ese sistema de transferencia 00:13:50
se suele hacerme utilizando procedimientos gráficos. 00:13:57
Y el procedimiento más gráfico más utilizado de todos es lo que se conoce con el nombre de diagrama de Bode, 00:14:03
que es este que tenemos aquí, y que entenderemos mucho mejor cuando veamos ejemplos de aplicación. 00:14:08
También en algunas ocasiones y de forma muy común se suelen utilizar los que se llaman diagramas de Nisquita 00:14:14
Que también nos ayudan a conocer la estabilidad y la bondad de los sistemas 00:14:24
Todo esto es aplicable a sistemas analógicos, no digitales 00:14:29
Porque dentro del mundo digital no se usa la transformada de Laplace 00:14:36
y el proceso es un poco diferente, se utiliza el método de residuos y se usa la transformada Z 00:14:43
y actualmente es más común que nuestro control sea de tipo digital más que analógico 00:14:51
porque lo que se está intentando es incorporar ordenadores como elementos de control 00:14:57
Y los ordenadores son elementos digitales, ordenadores, teléfonos móviles, tablets, que nos han permitido unificar los distintos tipos de archivos y facilitarnos mucho la tarea. 00:15:05
Entonces, todo este estudio de sistemas de control no es aplicable a sistemas digitales. 00:15:24
¿De acuerdo? Tendríamos que hablar de transformada a Z y tendríamos que hablar de otra cuestión. 00:15:31
Lo que ocurre es que generalmente los sistemas de tipo digital se simplifica por el hecho de que, como se trata de ordenadores, 00:15:38
se puede resolver el control mediante la programación, usando lenguajes de programación 00:15:47
y como consecuencia creando programas que puedan ser compilados por nuestros ordenadores. 00:15:55
Con lo cual, aquí se facilita muchísimo. 00:16:02
Bueno, hemos muy visto que el primer elemento dentro de nuestros sistemas de control son los transductores. 00:16:10
Que un transductor, lo que va a hacer un transductor, y actualmente se habla de sensores, sensores y transductores son lo mismo, tienen esa función. 00:16:15
Es decir, transformar la señal física en una señal que generalmente es de tipo eléctrico o electrónico. 00:16:25
Podemos hablar de transductores digitales y transductores analógicos. 00:16:33
Y dentro de los transductores o sensores digitales hoy en día hay muchísimos tipos porque sabemos que la robótica está más asociada al mundo digital y bueno pues en robótica ya hemos visto que dentro de las posibles entradas y dentro de las posibles entradas digitales pues existen los botones, 00:16:39
existen también 00:17:02
elementos como por ejemplo 00:17:04
los sensores de proximidad 00:17:07
etcétera 00:17:09
y que dentro de las salidas pues por ejemplo 00:17:11
hay servomotores 00:17:13
que es una forma de digitalizar los motores 00:17:14
los motores 00:17:17
tenemos servomotores, tenemos diodos 00:17:18
tenemos bocinas 00:17:21
entonces los 00:17:22
transmotores digitales 00:17:25
que se pueden también 00:17:26
denominar sensores han evolucionado 00:17:29
muchísimo, justamente porque actualmente usamos más el control digital que el control 00:17:31
analógico. En cuanto a los transductores analógicos, generalmente se suelen clasificar 00:17:36
atendiendo a su función dentro de un circuito. Entonces tenemos de resistencia, por ejemplo 00:17:43
tenemos los típicos que son los de resistencia variable. Dentro de resistencia variable tenemos 00:17:50
Tenemos potenciómetros que se pueden utilizar, por ejemplo, también para establecer un ángulo o una posición. Tenemos las resistencias LDR, todos los tipos de termistores que se nos puedan ocurrir, ¿vale? 00:17:56
después también tenemos capacitativos 00:18:12
como por ejemplo los sensores de humedad 00:18:15
son de tipo capacitivo 00:18:17
tenemos de estado sólido 00:18:19
los fototransistores 00:18:22
los fotodiodos 00:18:24
en definitiva 00:18:27
que hay muchos y muy diferentes tipos de transductores 00:18:29
y que lo que hay que hacer es 00:18:33
establecer esa curva de calibrado 00:18:36
hacer bien esa curva de calibrado 00:18:39
Que es en lo que más o menos trabajan los fabricantes de traductores. Establecer una curva de calibrado entre la señal física de entrada y la señal eléctrica de salida del traductor. 00:18:41
físicamente los elementos comparadores 00:18:56
también son complejos 00:19:06
no son fáciles 00:19:08
no son comparadores 00:19:10
son controladores 00:19:13
y luego ya finalmente 00:19:14
hablamos de controladores 00:19:16
el controlador es el elemento 00:19:18
digamos que es el elemento básico 00:19:20
en un sistema de control 00:19:22
como se nos indica 00:19:23
evidentemente si no hay un controlador 00:19:24
pues mal lo vamos a ver 00:19:26
Entonces, los controladores también pueden ser de muy diferentes tipos 00:19:28
Y bueno, pues los podemos encontrar en diferentes tipos 00:19:37
Existe lo que se llama el controlador proporcional 00:19:41
En el que la función de transferencia es una constante 00:19:47
Entonces podríamos expresar la función de transferencia como un porcentaje, un valor, una constante. 00:19:52
Entonces esa sería la función de transferencia, que es un valor constante, siempre el mismo. 00:20:03
Después tenemos lo que se llaman los controladores de tipo integral, 00:20:11
Integral, o bueno, integral proporcional en este caso sería uno más, en los que la salida se puede obtener como integral de la función de error. 00:20:18
Y siendo la función de error, la diferencia entre la entrada y un poco la salida, podríamos decirlo así. 00:20:37
Luego tenemos los derivados, en el que la función de transferencia, como corresponde a una derivación, pues tiene en cuenta esa señal. 00:20:46
Haremos ejemplos después en donde nos quedará un poco más claro todo eso. 00:21:08
Y luego a partir de ahí, pues existen digamos que mezclas, ¿no? Podemos tener un proporcional integral derivado, etc. O sea, lo que vamos es añadiendo sumandos y productos a la señal que ya teníamos, ¿vale? 00:21:13
Y bueno, de sistemas de control. Desde luego hay que completarlo con problemas porque hay aspectos numéricos que solo se pueden explicar con ejemplos. 00:21:29
Idioma/s:
es
Autor/es:
Isabel Lafuente
Subido por:
Isabel L.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial
Visualizaciones:
248
Fecha:
16 de enero de 2019 - 19:33
Visibilidad:
Público
Centro:
IES JAIME FERRAN
Duración:
21′ 48″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1920x1080 píxeles
Tamaño:
339.89 MBytes

Del mismo autor…

Ver más del mismo autor

EducaMadrid, Plataforma Educativa de la Comunidad de Madrid

Plataforma Educativa EducaMadrid