CONTROLADORES 1. Describe en que consiste el sistema de control de lazo abierto y el sistema de control de lazo cerrado
Sistemas de control en lazo cerrado. Los sistemas de control realimentados se denominan también sistemas de control en lazo cerrado. En la práctica, los términos control realimentado y control en lazo cerrado se usan indistintamente. En un sistema de control en lazo cerrado, se alimenta al controlador la señal de error de actuación, que es la diferencia entre la señal de entrada y la señal de realimentación (que puede ser la señal de salida misma o una función de la señal de salida y sus derivadas y/o integrales), a fin de reducir el error y llevar la salida del sistema a un valor conveniente. El término control en lazo cerrado siempre implica el uso de una acción de control realimentado para reducir el error del sistema. Sistemas de control en lazo abierto. Los sistemas en los cuales la salida no afecta la acción de control se denominan sistemas de control en lazo abierto. En otras palabras, en un sistema de control en lazo abierto no se mide la salida ni se realimenta para compararla con la entrada. Un ejemplo practico es una lavadora. El remojo, el lavado y el enjuague en la lavadora operan con una base de tiempo. La máquina no mide la señal de salida, que es la limpieza de la ropa. En cualquier sistema de control en lazo abierto, la salida no se compara con la entrada de referencia. Por tanto, a cada entrada de referencia le corresponde una condición operativa fija; como resultado, la precisión del sistema depende de la calibración. Ante la presencia de perturbaciones, un sistema de control en lazo abierto no realiza la tarea deseada. En la práctica, el control en lazo abierto sólo se usa si se conoce la relación entre la entrada y la salida y si no hay perturbaciones internas ni externas. 2. Explique como funciona le sistema de control On/Off, y porque posee histéresis Los controladores "Todo/Nada" son los más básicos sistemas de control. Estos envían una señal de activación ("On", "Encendido") cuando la entrada de señal es menor que un nivel de referencia definido previamente y desactiva la señal de salida ("No", "Apagado" o "0") cuando la señal de entrada es mayor que la señal de referencia. Los controladores Todo/Nada son utilizados en termostatos de aire acondicionado. Estos activan el aire frío ("On") cuando la temperatura es mayor que la de referencia (la de preferencia del usuario) y lo desactivan ("Off") cuando la temperatura ya es menor (o igual) que la de referencia.
3.- Defina que es un controlador tipo proporcional y uno tipo Integral Control proporcional La parte proporcional consiste en el producto entre la señal de error y la constante proporcional. Esta componente PID toma un papel importante cuando la señal de error es grande, pero su acción se ve mermada con la disminución de dicha señal. Este efecto tiene como consecuencia la aparición de un error permanente, que hace que la parte proporcional nunca llegue a solucionar por completo el error del sistema. Control integral El modo de control Integral tiene como propósito disminuir y eliminar el error en estado estacionario, provocado por el modo proporcional. El error es integrado, lo cual tiene la función de promediarlo o sumarlo por un periodo de tiempo determinado.
4.-Cuales son las ventajas y desventajas de un sistema de control Proporcional Integral
Con un control proporcional, es necesario que exista error para tener una acción de control distinta de cero. Con acción integral, un error pequeño positivo siempre nos daría una acción de control creciente, y si fuera negativo la señal de control seria decreciente. Este razonamiento sencillo nos muestra que el error en régimen permanente será siempre cero. Muchos controladores industriales tienen solo acción PI. Se puede demostrar que un control PI es adecuado para todos los procesos donde la dinámica es esencialmente de primer orden. Lo que puede demostrarse en forma sencilla, por ejemplo, mediante un ensayo al escalón.
a) Elimina el offset b) La eliminación del offset se produce a expensas de mayores desviaciones c) Se producen respuestas con grandes oscilaciones d) Si se aumenta la ganancia del controlador kc para aumentar la velocidad de respuesta del sistema , este se comporta más oscilatorio, teniendo riesgos de alcanzar inestabilidad. 5.-Explique cuales son las ventajas y desventajas de un sistema de control Proporcional Derivativo
Esta acción tiene carácter de previsión, lo que hace mas rápida la acción de control, aunque tiene la desventaja importante que amplifica las señales de ruido y puede provocar saturación en el actuador. La acción de control derivativa nunca se utiliza por s sola, debido a que solo es eficaz durante periodos transitorios. Cuando una acción de control derivativa se agrega a un controlador proporcional, permite obtener un controlador de alta sensibilidad, es decir que responde a la velocidad del cambio del error y produce una corrección significativa antes de que la magnitud del error se vuelva demasiado grande. Aunque el control derivativo no afecta en forma directa al error en estado estacionario, añade amortiguamiento al sistema y, por tanto, permite un valor más grande que la ganancia, lo cual provoca una mejora en la precisión en estado estable
a) Anticipa futuros errores e introduce acciones para contrarestarlos. b) Introduce esfectos estabilizadores en la respuesta a lazo cerrado.
6.-Explique
cuales son las ventajas y desventajas de un sistema de control Proporcional Integral
Derivativo Es la extensión natural del controlador off - on Es suficiente para muchos problemas de control Más del 95% de los lazos de control utilizan e l PID Ha sobrevivido a los cambios tecnológicos -Aparición del microprocesador -Autosintonía -Planificación de ganancia
Tiene algunas funciones importantes -Utiliza la realimentación para rechazar las perturbaciones -Elimina el error estacionario con la acción integral -Puede anticipar el futuro con la acción derivativa
No es trivial ajustarlo para conseguir los mayores beneficios sobre el proceso -Tres parámetros de control
Mientras que los controladores PID son aplicables a la mayoría de los problemas de control, puede ser pobres en otras aplicaciones. Los controladores PID, cuando se usan solos, pueden dar un desempeño pobre cuando la ganancia del lazo del PID debe ser reducida para que no se dispare u oscile sobre el valor del "setpoint". El desempeño del sistema de control puede ser mejorado combinando el lazo cerrado de un control PID con un lazo abierto. Conociendo el sistema (como la aceleración necesaria o la inercia) puede ser avanaccionado y combinado con la salida del PID para aumentar el desempeño final del sistema. Solamente el valor de avanacción (o Control prealimentado) puede proveer la mayor porción de la salida del controlador. El controlador PID puede ser usado principalmente para responder a cualquier diferencia o "error" que quede entre el setpoint y el valor actual del proceso. Como la salida del lazo de avanacción no se ve afectada a la realimentación del proceso, nunca puede causar que el sistema oscile, aumentando el desempeño del sistema, su respuesta y estabilidad.
Por ejemplo, en la mayoría de los sistemas de control con movimiento, para acelerar una carga mecánica, se necesita de más fuerza (o torque) para el motor. Si se usa un lazo PID para controlar la velocidad de la carga y manejar la fuerza o torque necesaria para el motor, puede ser útil tomar el valor de aceleración instantánea deseada para la carga, y agregarla a la salida del controlador PID. Esto significa que sin importar si la carga está siendo acelerada o desacelerada, una cantidad proporcional de fuerza está siendo manejada por el motor además del valor de realimentación del PID. El lazo del PID en esta situación usa la información de la realimentación para incrementar o decrementar la diferencia entre el setpoint y el valor del primero. Trabajando juntos, la combinación avanacción-realimentación provee un sistema más confiable y estable. Otro problema que posee el PID es que es lineal. Principalmente el desempeño de los controladores PID en sistemas no lineales es variable. También otro problema común que posee el PID es, que en la parte derivativa, el ruido puede afectar al sistema, haciendo que esas pequeñas variaciones, hagan que el cambio a la salida sea muy grande. Generalmente un Filtro pasa bajo ayuda, ya que removería las componentes de alta frecuencia del ruido. Sin embargo, un FPB y un control derivativo pueden hacer que se anulen entre ellos. Alternativamente, el control derivativo puede ser sacado en algunos sistemas sin mucha pérdida de control. Esto es equivalente a usar un controlador PID como PI solamente
7.- Mencione un criterio para la selección de un controlador Según el tipo de lazo o control que tengamos seleccionaremos el controlador adecuado Lazos de caudal o de presión (dinámicas rápidas, sin retardos y perturbaciones de alta frecuencia): PI Lazos de nivel (combinación de varias dinámicas, sin retardo y perturbaciones de media frecuencia): PI o PID Lazos de temperatura (dinámicas lentas, con o sin retardo y perturbaciones de baja frecuencia) : PI o PID Lazos de composición (predomina el retardo debido al analizador): PI, aunque se aconsejan otros tipos de controladores (predictor de Smith ) Procesos integradores (procesos térmicos o ciertos lazos de nive l): PD o PID Control en cascada: PI o PID en el lazo primario, P o PD en el secundario
8.- Explique como se ajusta o sintoniza un controlador Proporcional Integral Derivativo Paso 1. Acción Proporcional -Tiempo integral (TI), a su máximo valor -Tiempo derivativo (TD), a su mínimo valor -Empezando con ganancia baja se va aumentando hasta obtener las características de respuesta deseadas Paso 2. Acción integral -Reducir el TI hasta anular el error en estado estacionario, aunque la oscilación sea excesiva -Disminuir ligeramente la ganancia -Repetir hasta obtener las características de respuesta deseadas Paso 3. Acción Derivativa Mantener ganancia y tiempo integral obtenidos anteriormente Aumentar el TD hasta obtener características similare s pero con la respuesta más rápida Aumentar ligeramente la ganancia si fuera necesario
