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Este documento proporciona una introducción detallada a los sistemas automáticos de control, incluyendo definiciones clave, tipos de sistemas, elementos que los componen y cómo calcular la función de transferencia. Cubre conceptos fundamentales como señales, transductores, comparadores, controladores, amplificadores y actuadores. Además, explica los diagramas funcionales o de bloques y su utilidad para representar el comportamiento de los sistemas de control. Este material sería útil para estudiantes universitarios interesados en temas de automatización, control de procesos industriales, robótica y sistemas de control en general.
Tipo: Resúmenes
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Bloque IV: SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE CONTROL 1.- Sistema automático de Control Es un sistema formado por un conjunto de elementos encaminados a gobernar, mediante una acción de control, una variable de salida para que su valor sea el prefijado por nosotros. Un sistema de control es óptimo cuando:
Proceso: está formado por los actuadores (P.ej: motor, relés, luces, cilindro, etc) que conforme a la señal del regulador, proporcionarán la señal de salida del sistema de control. Realimentación : es la encargada de tomar parte de la señal de salida y llevarla al comparador para ser analizada junto a la señal de referencia. Está formada por un captador encargado de tomar la señal, un amplificador para elevar su nivel. Gracias a ella se alcanza una relativa independencia de las posibles perturbaciones que pueda sufrir el sistema. Perturbaciones: señales no deseadas que influyen en el sistema alejando la señal de salida del valor deseado. Deben evitarse en la medida de lo posible. (P.ej: cambio en la luminosidad de la habitación) 3.- Tipos de sistemas de control (dependiendo de cómo estén enlazados sus elementos): 3.1.- Sistemas de control de lazo abierto: sistemas en los que la señal de salida no influye en la señal de entrada. Si hay perturbaciones que actúen sobre el sistema, la señal de salida puede verse modificada y no ser la señal deseada. Se trata de sistemas poco precisos debido a la influencia de las perturbaciones. En estos sistemas, la única variable que controla el paso de una etapa a la siguiente es el tiempo. Ejemplos de este tipo de sistemas de control son: tostador de pan, lavadora, ventilador de aire 3.2.- Sistemas de control de lazo cerrado o realimentados : sistemas de control en los que la señal de salida sí influye sobre la señal de entrada. Para ello se emplea una realimentación que puede ser negativa o positiva (resta o suma de señales respectivamente) aunque, para aumentar la estabilidad del sistema se busca que sea negativa. El elemento encargado de detectar la señal de salida para utilizarla de nuevo es el captador. Esta señal realimentada es comparada con la señal de referencia en el comparador que proporcionará una señal de error o señal activa que entra en el regulador o controlador. El controlador enviará una señal al proceso (actuadores) que corrija los efectos de las perturbaciones con la máxima rapidez, la máxima exactitud y el mínimo de oscilaciones posibles. Son sistemas mucho más precisos que los sistemas de lazo abierto al corregir posibles modificaciones en la señal de salida buscada. Ejemplos de sistemas de control realimentados son: calefacción con termostato, mecanismo de llenado de agua de un tanque.
4.1.4.- Transductores de presión
4.2.- Comparador Compara la señal de referencia con la proveniente de la realimentación dando la señal error. Cuando esta señal es cero es que el sistema está funcionando como se desea. Si no es así habrá que introducir las modificaciones necesarias. Pueden ser:
5.- Función de transferencia La función de transferencia es la relación entre la señal de entrada y la de salida. Se habla de la ganancia de la señal o del sistema. La función de transferencia, G(s) se define como el cociente de la “Transformada de Laplace” de las señales de salida y entrada. La “Transformada de Laplace” sirve para reemplazar operaciones como derivación e integración, por operaciones algebraicas en el plano complejo de la variable S. Gracias a este método podemos usar técnicas gráficas para predecir el funcionamiento de un sistema sin necesidad de resolver el sistema de ecuaciones diferenciales correspondiente. Es lo que se conoce como Diagramas funcionales o de bloques Nota: si queréis saber más sobre la Transformada de Laplace os enlazo un vídeo que habla sobre su desarrollo (Me temo que es un concepto bastante complicado) http://www.youtube.com/watch?v=wNu80ZvG2JE 6.- Diagramas funcionales o de bloques Una de las principales ventajas de la función de transferencia es la posibilidad de representar el comportamiento de cada uno de los componentes del sistema mediante un bloque funcional, caracterizado por su función de transferencia. El sistema queda así configurado cono un conjunto de bloques unidos entre sí mediante flechas que indican el sentido de circulación del flujo de señal. La ventaja de los diagramas de bloques es que la función de transferencia del conjunto puede ser deducida a partir de las funciones de transferencias parciales cuyo cálculo es más sencillo. Además de los bloques y las flechas se cuenta con comparadores que se encargarán de sumar o restar las señales sobre las que actúen
6.- Cálculo de la Función de Transferencia. Resolución de Diagramas funcionales o de bloques