IDENTIFICACION DE SISTEMAS DE CONTROL DE PROCESOS EN LAZO CERRADO DE DIOS LÓPEZ JULIO CÉSAR, CRUZ OLÁN GLENDY ISELA, MONTEJO RODRÍGUEZ OSCAR HUMBERTO FACULTAD DE INGENIERÍA MECATRÓNICA, INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COMALCALCO COMALCALCO, MÉXICO
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Abstract — In this essay we’ll see what is a control system and learn about the difference between close loop system and open loop system, understand their respectives advantages, the processes and methods for the identification of a close loop system.
I.
II.
SISTEMA DE CONTROL EN LAZO CERRADO:
INTRODUCCIÓN
Antes de comenzar a hablar sobre un sistema de control de procesos, es necesario conocer las definiciones de términos básicos que se utilizaran a lo largo de este texto. Un sistema es un conjunto de reglas o principios sobre una materia racionalmente enlazado entre sí [1]. El termino sistema suele usarse en diferentes ámbitos por ende la palabra se interpreta de una forma amplia. El control en el ámbito de la ingeniería se refiere a la regulación, ya sea manual o automática que se efectúa en un sistema. Ahora un proceso se puede definir como una situación que tiene seguimiento continuo. Ahora, si mezclamos estas definiciones podemos darnos cuenta que un sistema de control es un conjunto de componentes el cual regula la función predeterminada de tal forma que se eviten problemas o fallos en el proceso y así poder obtener un resultado factible. Por mencionar un ejemplo de sistema de control podemos ver el sistema de control de temperatura como la que se efectúa en un horno eléctrico. De acuerdo al funcionamiento este sistema de control se puede clasificar en dos: Sistema de control en lazo cerrado y sistema de control en lazo abierto.
Fig. 1. Sistema de control en lazo cerrado
Como se puede observar en la fig. 1 el sistema de control en lazo cerrado tiene una señal de realimentación que está entre la entrada y la salida, con la ayuda de la retroalimentación que con frecuencia es un sensor se puede modificar la entrada de tal forma que la salida se mantenga constante, el controlador es quien se encarga de tomar la decisión para modificar siempre y cuando exista un error. Para darnos una idea de que tan utilizado es el sistema de control en lazo cerrado se dice que el principio básico del sistema de control automático está basado en el lazo cerrado, en el control automático es necesario utilizar la retroalimentación para que así este corrija los errores y no sea dependiente de un humano. Este sistema tiene la ventaja de ser menos sensible a las perturbaciones.
III.
SISTEMA DE CONTROL EN LAZO ABIERTO:
Fig. 2. Sistema de control en lazo abierto.
En el caso del sistema de control en lazo abierto la salida no afecta al controlador como era en el caso anterior, en la fig. 2 se puede observar que no existe la retroalimentación por ende no existe una medición, así como tampoco se compara. Esto quiere decir que este sistema trabaja de cierta forma con condiciones establecidas o fijas. Y si surgiera el caso de perturbaciones en el proceso, este sistema no tiene la habilidad de corregirlo por ende tendremos un resultado erróneo o en otras palabras este sistema no realizara la tarea adecuadamente. La construcción de este sistema es simple, en el ámbito económico es menos costoso con respecto al lazo cerrado y de acuerdo a su funcionamiento es estable, el mantenimiento de dicho sistema es simple y fácil. Un ejemplo claro de un sistema de control en lazo abierto es el encendedor, o los semáforos convencionales.
Aunque la identificación de sistemas varíe en sus aplicaciones el proceso que necesitan se puede generalizar con los siguientes pasos (también descritos en la fig. 3):
1.
2.
IDENTIFICACIÓN DE SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO CERRADO
3.
En ocasiones es necesario realizar estudios para la identificación de sistemas en lazo cerrado o de retroalimentación. Los motivos pueden ser que el sistema es inestable en lazo abierto, o tiene que ser controlada ya sea por cuestiones de mantenimiento, seguridad, producción, etc.
4.
IV.
La identificación consiste en determinar el modelo matemático preciso para un sistema dinámico a partir de las medidas proporcionadas en la entrada y salida, es decir se basa en datos proporcionados por un sistema real, lo que es una ventaja para poder modelar un sistema que no requiera de mucha exactitud. Es necesario saber de antemano el modelo empleado, esto para proponer un sistema de control más robusto y de mayor desempeño. Debido que el modelado por identificación se vale de datos reales de un sistema físico, se incluyen las siguientes desventajas: 1. 2.
Sólo son aplicables a una determinada sección o punto de trabajo del sistema. En ciertas aplicaciones es difícil dar significado físico al modelo obtenido, ya que los parámetros identificados no tienen relación directa con ninguna magnitud física.
V.
PROCESO DE IDENTIFICACIÓN
5.
Recolección de datos de entrada y salida. Para ello se requiere arrancar el sistema introduciendo una señal de entrada y registrando el comportamiento que tienen las variables en un determinado instante de tiempo Tratamiento de los datos. Esta parte puede ser entendida como dos formas de tratamiento importantes: para perturbaciones y estandarización. El tratamiento para perturbaciones limpia la señal debido a errores que intervienen en el sistema y la de estandarización prepara los datos para ser leídos en un rango estándar para su mejor uso. Elección de la estructura del modelo. Se necesita el conocimiento previo de las leyes físicas de rigen el proceso. Obtención de parámetros. En esta parte se hace la estimación de los parámetros del sistema que se adecuan al comportamiento del modelo propuesto. Validación. Este paso consiste en analizar si el modelo propuesto cumplió el grado de exactitud esperado o aproximado.
Si el resultado de evaluación no es válido se deberá hacer una inspección en los datos recogidos del sistema real así como el tipo de modelo propuesto.
Fig. 3. Proceso de identificación
VI.
MÉTODOS DE IDENTIFICACIÓN
Los métodos de identificación pueden ser clasificados bajo diversos criterios: 1.
2.
Según el modelo obtenido [3]: Métodos paramétricos, estos permiten obtener modelos no paramétricos del sistema bajo estudio. Algunos de los métodos conocidos son: análisis de la respuesta transitoria, análisis de la respuesta en frecuencia, análisis de la correlación, análisis espectral análisis de furier. Etc. Métodos no paramétricos, estos métodos requieren la elección de una posible estructura del modelo, de un criterio de ajuste de parámetros, y por último de la estimación de los parámetros que mejor ajustan el modelo a los datos experimentales. Ajustándonos a la idea principal que la identificación es aplicable a sistemas paramétricos, es decir que su modelo está estructurado bajo una o unas reglas matemáticas concretas, podemos darle tres enfoques a los métodos de identificación: Enfoque directo. Usualmente se aplica el Método de Error de Predicción usando las señales de entrada del proceso y la de salida como si el sistema estuviera en lazo abierto, y sin considerar la señal de referencia. Este enfoque funciona independientemente de la complejidad del controlador, no se requieren algoritmos
complicados, se puede asegurar la fiabilidad si la estructura de modelo incluye al sistema real, puede manejar sistemas inestables siempre que el lazo cerrado y el predictor sean estables. un buen modelo será aquel que sea un buen predictor, es decir aquel que produzca errores de predicción pequeños cuando es aplicado a los datos. Enfoque indirecto: Consiste en identificar el sistema en lazo cerrado a partir de la señal de referencia y la salida, se hace uso del conocimiento del controlador y la transferencia del sistema. Para ellos se calcula una estima de la transferencia en lazo abierto a partir de una estima de la transferencia en lazo cerrado. La ventaja de este enfoque es que puede aplicarse diversos métodos de identificación ya que es un problema en lazo abierto.
VII.
CONCLUSIÓN
Es necesario conocer los diferentes tipos de sistemas de control aunque en control de procesos para automatización actuales se utilice más los sistemas de lazos cerrados, es primordial conocer los sistemas de lazo abierto ya que estos son la pauta para crear mejores modelos para lazos cerrados, para ello interviene la identificación de sistemas y sus métodos que no es más que el análisis de sistemas físicos en lazos cerrado y lazo abierto para crear modelos robustos para el primero.
REFERENCIAS [1] Definición de la Real Academia Española http://lema.rae.es/drae/srv/search? id=yHfxyKIWfDXX2kpDVRWA Fecha de consulta: 24/08/2015 [2] Katsuhiko Ogata. (2010). Ingeniería de control moderna. Madrid: Pearson Educación. [3] Clasificación tomada de acuerdo a: López Guillen Ma. Elena. Identificación de sistemas. Aplicación al modelado de un motor de continua. Tesis. [4] W. Bolton. (2001). Ingeniería de control. México, DF: Alfaomega.
