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Diseño de Sistemas de Segundo Orden: Informe de Laboratorio de Control, Provas de Física

Este informe final detalla el diseño e implementación de un sistema de segundo orden en el laboratorio de control i. Se abordan aspectos como el diseño matemático del sistema, la implementación del circuito utilizando amplificadores operacionales, y la corroboración experimental mediante el uso de un osciloscopio. Se explora el ajuste de parámetros como la sobreelongación (mp) y su impacto en el tiempo de asentamiento y el tiempo pico. El documento incluye cálculos detallados, diagramas de circuitos y resultados experimentales, ofreciendo una guía práctica para comprender y diseñar sistemas de control de segundo orden. Se presentan conclusiones sobre la verificación experimental y el comportamiento del sistema al modificar la resistencia de realimentación.

Tipologia: Provas

2025

Compartilhado em 24/09/2025

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Universidad Nacional San Antonio Abad del Cusco
Facultad de Ingeniería Eléctrica, Electrónica,
Informática y Mecánica
Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica
Experiencia Nº2 - Informe Final
DISEÑO DE UN SISTEMA DE SEGUNDO ORDEN
Asignatura:
EL421ALI - Laboratorio de Control I
Docente : Ing. Jose Luis Flores Vasquez
Estudiante :
Huamanga Chumbes, Yency Manuel 171864
Semestre académico : 2025-I
Cusco - Perú
2024
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Universidad Nacional San Antonio Abad del Cusco

Facultad de Ingeniería Eléctrica, Electrónica,

Informática y Mecánica

Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica

Experiencia Nº 2 - Informe Final

DISEÑO DE UN SISTEMA DE SEGUNDO ORDEN

Asignatura:

EL421ALI - Laboratorio de Control I

Docente : Ing. Jose Luis Flores Vasquez

Estudiante :

Huamanga Chumbes, Yency Manuel 171864

Semestre académico : 2025-I

Cusco - Perú

Índice

  1. Diseño: 2 1.1. El circuito de la Figura 1 corresponde a un sistema de segundo orden con su respectivo diagrama de bloques conformado por cada amplificador operacional. Haga el diseño de cada bloque (valores de las resistencias y condensadores) para que el sistema tenga las siguientes características: Mp % = 20 %, Tp = 800us y ζ = 0, 456............... 2 1.2. Diseño matemático del sistema de segundo orden....................... 2
  2. Implementacion: 4 2.1. Implemente el circuito de la Figura 1 y corrobore usando el osciloscopio lo pedido. Además, mida el tiempo pico y el tiempo de asentamiento........................ 4
  3. Realice un nuevo cálculo de los bloques para disminuir la sobre elongación a Mp % = 10 %. Implemente y corrobore el diseño. 5 3.1. Al disminuir el Mp, ¿Qué ocurrió con el tiempo de asentamiento? ¿Cuál es el nuevo tiempo pico y de asentamiento?..................................... 6 3.2. Resumen de los resultados:................................... 6 3.3. Realice las conclusiones del experimento............................. 6

Se implementa esta función utilizando la estructura mostrada en la Figura 1: Sumador (U1), dos integradores (U2 y U3) y un inversor (U4). Bloques y funciones de transferencia:

Bloque U1 (Sumador): VU 1 (s) = −

R 1

R 2

Vi(s) +

R 3

R 4

Vo(s)

Se desea que:

R 1 R 2

R 3

R 4

= 1, 6 ⇒ R 1 = 2, 4 kΩ, R 2 = 2, 2 kΩ, R 3 = 2, 4 kΩ, R 4 = 1, 5 kΩ

Bloque U2 (Primer integrador):

H 2 (s) =

R 5 C 1 s

⇒ R 5 = 2, 2 kΩ, C 1 = 0, 1 μF

Bloque U3 (Segundo integrador):

H 3 (s) =

R 6 C 2 s

⇒ R 6 = 2, 2 kΩ, C 2 = 0, 1 μF

Bloque U4 (Inversor): H 4 (s) = − 1 con R 7 = R 8 = 10 kΩ

En conclusion se obtiene los valores siguientes con los que se va a implementar el circuito. Valores finales seleccionados:

R 1 = 2, 4 kΩ, R 2 = 2, 2 kΩ R 3 = 2, 4 kΩ, R 4 = 1, 5 kΩ R 5 = R 6 = 2, 2 kΩ, R 7 = R 8 = 10 kΩ C 1 = C 2 = 0, 1 μF

Este diseño satisface las condiciones establecidas de respuesta temporal y es adecuado para imple- mentación experimental. Para el diseño Mp = 10 % solo se modifica la resistencia R8 que la realimentacion del circuito. Para nuestro se está modificando a un valor de R 8 = 13, 6 kΩ

2. Implementacion:

2.1. Implemente el circuito de la Figura 1 y corrobore usando el osciloscopio

lo pedido. Además, mida el tiempo pico y el tiempo de asentamiento.

Para el diseño de Mp = 20 %, experimentalmente tenemos un tiempo pico de 800 μS y Mp = 21,6 %.

Figura 3: Tiempo pico de Tp = 800 μs.

Figura 4: Sobre oscilacion maxima de Mp = 21,6 %.

3.1. Al disminuir el Mp, ¿Qué ocurrió con el tiempo de asentamiento? ¿Cuál

es el nuevo tiempo pico y de asentamiento?

Resumen de los resultados:

3.2. Resumen de los resultados:

Para Mp = 20 %: Datos experimentales

Tp = 800μS

Mp = 21,6 %

Para Mp = 10 %: Datos experimentales

Tp = 720μS

Mp = 10,4 %

Al disminuir el Mp del 20 % al 10 %, se observa que el tiempo de pico Tp también disminuyó, pasando de 800 μs a 720 μs. Esto indica que el sistema responde más rápidamente, además de ser menos oscilatorio. Por lo tanto, al reducir la sobreelongación, el sistema se vuelve más amortiguado y presenta un menor tiempo de respuesta máxima, lo que es coherente con un aumento del coeficiente de amortiguamiento ζ.

3.3. Realice las conclusiones del experimento.

  1. La verificación experimental mostró una ligera desviación respecto a los valores teóricos, lo cual es aceptable debido a tolerancias de los componentes y posibles errores de medición.
  2. Al rediseñar el sistema para una menor sobreelongación (Mp = 10 %), se comprobó que el sistema se vuelve más amortiguado, reduciendo también el tiempo pico, lo que indica una mejora en la velocidad de estabilización.
  3. Al rediseñar para Mp = 10 % solo se modifica la resistencia R 8 = 13, 6 kΩ que es la realimentacion del circuito implementado.

Referencias

[1] K. Ogata, “Modern Control Engineering,” 5th ed., Prentice Hall, 2010.

[2] R. C. Dorf and R. H. Bishop, “Modern Control Systems,” 13th ed., Pearson, 2017.