23
© UdeC - DIE Principio de la Realimentación Problema Ilustrar que la realimentación es una forma natural de control. v t 120 infracción ! v [km/hr] 20 Automóvil Cantidades - posición del acelerador (p) - velocidad del móvil (v) - pendiente del camino ( ) - peso del móvil (m) - ancho de los neumáticos (w) - velocidad del viento en contra (v v ) - cc del vehículo (cc) - tipo de bencina (tv) - ... Cantidades - entrada (manipulable): posición del acelerador (p). - salida (controlada): velocidad del móvil (v). - parámetros (definen el sistema): ancho de los neumáticos (w), cc del vehículo (cc), tipo de bencina (tv). - perturbaciones (afectan la salida pero no son manipulables): pendiente del camino ( ), peso del móvil (m), velocidad del viento en contra (v v ). m v v p v automóvil w, cc, tv, ... Diagrama Capítulo I - Introducción 1 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Principio de la Realimentación

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Page 1: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIEPrincipio de la RealimentaciónProblema Ilustrar que la realimentación es una forma natural de control.

v

t

120

infracción !

v [km/hr]

20

Automóvil

Cantidades - posición del acelerador (p)- velocidad del móvil (v)- pendiente del camino ()- peso del móvil (m)- ancho de los neumáticos (w)- velocidad del viento en contra (vv)- cc del vehículo (cc)- tipo de bencina (tv)- ...

Cantidades - entrada (manipulable): posición del acelerador (p).- salida (controlada): velocidad del móvil (v).- parámetros (definen el sistema): ancho de los neumáticos (w), cc del vehículo (cc), tipo de bencina (tv).- perturbaciones (afectan la salida pero no son manipulables): pendiente del camino

(), peso del móvil (m), velocidad del viento en contra (vv).

m vv

p vautomóvil w, cc, tv, ...

Diagrama

Capítulo I - Introducción 1 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 2: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

Diagrama Realimenta-do

El conductor se vale de la variable de salida para manipular la entrada de manera de lograr que la velocidad sea la deseada.

Diagrama en Bloques

El conductor se vale de la variable de salida para manipular la entrada de manera de lograr que la velocidad sea la deseada.

vd

odómetro

m vv

p vautomóvil w, cc, tv, ...

p vAutomóvilpierna

Sensor de velocidad

Transmisor de señal

cerebrovd

+

conductor

-

u

m vv

El Controlador

El cerebro del conductor reacciona a la diferencia entre lo deseado y lo que se tiene; es decir, al error.

Diagrama en Bloques Generalizado

p

u yProcesoActuador

SensorTransmisor

Controlador e v

ys

+-

yd

( )( ) ( )dp d d i d

d v vu k v v k k v v dtdt

Lo ideal pero no práctico.

y yd=

Capítulo I - Introducción 2 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 3: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

p

u yProcesoActuador

SensorTransmisor

Controlador e v

ys

+-

yd

Representación MatemáticaProblema Derivar expresiones generalizadas.

( ) ( ) ( ) ( ), ( ) ( ) ( )t t u t p t y t t fp t x Ax b e cxEn Variables de Estado

( ) ( ) ( ), ( ) ( ) ( )ct t e t v t t d e t c c cζ A ζ b c ζ

( ) ( ) ( ) ( ), ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ( ) ( )), ( ) ( ) ( ( ) ( ))a

d s c d s

t t k v t p t y t t fp t

t t y t y t v t t d y t y t

c c c

x Ax b e cx

ζ A ζ b c ζ

( ) ( ) ( ( ) ( ( ) ( ))) ( ), ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ( ) ( )),a c d st

d st

t t k t d y t k y t p t y t t fp t

t t y t k y t

c

c c

x Ax b c ζ e cx

ζ A ζ b

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ), ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( ),a c st a a c d a c st

st d st

t k d k t k t k d y t k d k f p t y t t fp t

t k t t y t k fp t

c

c c c c

x A b c x b c ζ b e b cx

ζ b cx A ζ b b

( ) ( )( ) ( )

( ) ( )a c st a a c a c st

dst st

k d k k k d k d k ft ty t p t

k k ft t

c

c c c c

A b c b c b e bx xb c A b bζ ζ

( )( ) [ ] ( )

( )t

y t fp tt

xc 0

ζ

Capítulo I - Introducción 3 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 4: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

p

u yProcesoActuador

SensorTransmisor

Controlador e v

ys

+-

yd1( ) ( ) ( ) ( ) ( )yuy s s u s h s u s c I A bEn F. de T.

1( ) { ( ) } ( ) ( ) ( )ypy s s f p s h s p s c I A e

( ) ( ) ( ) ( ) ( )yu ypy s h s u s h s p s

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )( ( ) ( )) ( ) ( )

( ) ( ) ( )( ( ) ( ) ( )) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

yu a yp

yu a c yp

yu a c d s yp

yu a c d st yp

yu a c d yu a c st

y s h s h s v s h s p s

h s h s h s e s h s p s

h s h s h s y s y s h s p s

h s h s h s y s h s y s h s p s

h s h s h s y s h s h s h s h s y s

( ) ( )yph s p s

( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

1 ( ) ( ) ( ) ( ) 1 ( ) ( ) ( ) ( )yu a c yp

dyu a c st yu a c st

h s h s h s h sy s y s p s

h s h s h s h s h s h s h s h s

Capítulo I - Introducción 4 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 5: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIEOtros Tipos de SistemasProblema Ilustrar con ejemplos la existencia de otros tipos de sistemas.

tm1 tr1Jm1

o

Jo to

1/k1m1

1/bo

1/bm1

te1n :1

r

. .

ia1

ea1+ -

+ - va1

Ra1 La1

tm2 tr2Jm2

1/k2m2

1/bm2

te2n :1

r

. .

ia2

ea2+ -

+ - va2

Ra2 La2

+ va1 -

ia1 1, 1, J1, T1

o, o, Jo, To

n : 1 1/k1

+ va2 -

ia2 2, 2, J2, T2

n : 1

1/k2

Sistema MultiVariable

7

6

5

4

3

2

1

2

1

2

1

7

6

5

4

3

2

1

22

11

222

111

2222

1111

7

6

5

4

3

2

1

00000110000100

0000/100

0000000000

/100/1

0000000000/10000/00/10000///0000000/00/0000/00/

xxxxxxx

pJ

uu

LL

xxxxxxx

knkknk

JJkJJk

JnJnLkLR

LkLR

xxxxxxx

o

a

a

mmm

mmm

oo

amaa

amaa

y

x = [x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7]T = [ia1 ia2

o m1 m2 tm1 tm2]T, a las entradas u = [u1 u2]T = [va1 va2]T, la perturbación p = to y a las salidas o y a ia1 - ia2.

x = Ax + Bu + Ep, y = Cx + Du + Fp

Capítulo I - Introducción 5 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 6: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

x1 v= x2 i=

eo do vo 1 do = io 1 do voR

= Entrada/Perturbación uo do po eo

vodo

1 doeo io

voR 1 do

Simulación (sólo para encontrar el punto de operación)

T 0.002 Dien t( )tT

t( ) t T( ) Sierra t( ) Dien mod t T( )( )

e t( ) eo d t( ) do p t( ) e t( ) Sw t( ) if d t( ) Sierra t( ) 1 0( )

tf 0.1 nf 2000 n 0 nf t 0tfnf tf u t( ) Sw t( )

Las condiciones iniciales son las condiciones finales de la simulación anterior.

D t x( )

x2

C1 u t( )( )

x1

R C

p t( ) u t( )

L

x1

L1 u t( )( )

CI0

0

Za rkfixed CI 0 tf nf D CI

Zanf 2

Zanf 3

Sistema No-Lineal

Sistema Reductor/Elevador de Tensión

Parámetros Modelo.

+

-Le(t)

i(t) C

-

+v(t)

RSw(t)

Fig. 1

+

-Le(t)

i(t) C

-

+v(t)

RSw(t)

Fig. 2

+

-Le(t)

i(t) C

-

+v(t)

RSw(t)

Fig. 3

L 12 10 3 C 250 10 6

R 10 e Ldidt= 0 C

dvdt

vR

= Sw 1=

do 0.5 eo 10

0 Ldidt v= i C

dvdt

vR

= Sw 0=d1 0.2 d2 0.3 e 2

Modelo. Modelo Ordenado.

e Sw Ldidt v 1 Sw( )= i 1 Sw( ) C

dvdt

vR

=tvd

dv

R C

1C

i 1 Sw( )=

Modelo Promedio.tid

d1

Lv 1 Sw( )

1L

e Sw=

tvd

dv

R C

1C

i 1 d( )=tid

d1

Lv 1 d( )

1L

e d=

Punto de operación Variables de Estado

Capítulo I - Introducción 6 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 7: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

5

10

Tensión de Entrada

p t( )

Sw t( ) 5

t

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

1

Tensión de Salida

d t( )

Sierra t( )

t

Comparación de todos los casos.

Zb rkfixed CI 0 tf nf D CIvo

io

D t x( )

x2

C1 u t( )( )

x1

R C

p t( ) u t( )

L

x1

L1 u t( )( )

Simulación con d(t).

u t( ) d t( )

Za rkfixed CI 0 tf nf D D t x( )

x2

C1 u t( )( )

x1

R C

p t( ) u t( )

L

x1

L1 u t( )( )

u t( ) Sw t( )

Sw t( ) if d t( ) Sierra t( ) 1 0( )d t( ) do d1 t 0.01( ) d2 t 0.04( )

p t( ) e t( )e t( ) eo e t 0.07( )Simulación con Sw.

Capítulo I - Introducción 7 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 8: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

10

20Tensión de Salida

Zan 2

Zbn 2

Zan 1

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

2

4

6Corriente

Zan 3

Zbn 3

Zan 1

+

-Le(t)

i(t) C

-

+v(t)

RSw(t)

Fig. 1

+

-Le(t)

i(t) C

-

+v(t)

RSw(t)

Fig. 2

+

-Le(t)

i(t) C

-

+v(t)

RSw(t)

Fig. 3

Modelo Promedio.

tvd

dv

R C

1C

i 1 d( )=

tid

d1

Lv 1 d( )

1L

e d=

Modelo Promedio Lineal.

tvd

dvR C

1C

i 1 do 1

Cio d=

tid

d1

Lv 1 do

vo eo

Ld

1Le do=

Capítulo I - Introducción 8 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 9: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

Zc rkfixed CI 0 tf nf D CI0

0

D t x( ) An

x1

x2

bn un t( ) en pn t( )

un t( )u t( ) uo

uopn t( )

p t( ) po

po

cn 1 0( )en

0

RL

1 do 2

bn

1R C

do1 do

RL

1 do

An

1R C

RL

1 do 2

1R C

0

Modelo Normalizado en Ecuaciones de Estado

tin

dd

RL

1 do 2 vnRL

1 do dnRL

1 do 2 en=

tvn

dd

1R C

vn1

R Cin

1R C

do1 do dn=

io 1 do voR

=eo do vo 1 do =usando,tin

dd

1L

vio

1 do vo eo

L iod

1L

eio do=

tvn

dd

vnR C

1C

ivo 1 do

1C

iovo d=

Modelo Promedio Lineal Normalizado.

eeo

en=iio

in=

ddo

dn=vvo

vn=Definción de Variables Normalizadas

Capítulo I - Introducción 9 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 10: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

Comparación de todos los casos.

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

10

20

Tensión de Salida

Zan 2

Zbn 2

Zcn 21

vo

Zan 1

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.12

0

2

4

6Corriente

0

Zan 3

Zbn 3

Zcn 31

io

Zan 1

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

1

Portadora y Referencia

d t( )

Sierra t( )

t0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

0

5

10

Tensión Entrada y Función Conmutación

p t( )

Sw t( ) 5

t

Capítulo I - Introducción 10 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 11: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIEControl Realimentado y PrealimentadoProblema Ilustrar que el control pre-alimentado es también una opción ampliamente utilizada.

Ejmplo Conducción de un automóvil.

p vAutomóvilpierna

Sensor de velocidad

Transmisor de señal

cerebrovd

+

conductor

-

z

m vv

p vAutomóvilpierna

Sensor de velocidad

Transmisor de señal

cerebro vd

+

conductor

-

u

m vv

La información de la pendiente es utilizada en paralelo a la velocidad para mantener la velocidad.Control realimentado.

pnm(t)

u(t) y(t) ProcesoActuador

S/T

Controlador yd(t)

pm(t)S/T

--

m(s)

v' hd hc(s)

fs

fe hEstánqueVálvula

v +

-1

Asha(s)+ +

prealimentación

Controlador

hst(s)

Sensor/Transmisor

En general, se sostiene que esta inforamción adicional modifica la variable manipulada.

No todas la perturbaciones son medibles o están disponibles para ser utilizadas en un esquema pre-alimentado.

Capítulo I - Introducción 11 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 12: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

0 1 2 3 4 5 60

1

2

3

hd

h t( )

fs t( )

fe t( )

t

h t( ) Zat

nf

tf 2

Za rkfixed h0 0 tf nf D D t x( ) a x1 b fe t( ) e fs t( ) fs

fe h EstánqueVálvula

v+

-1As

ha(s)

t 0tfnf tfh0 2m 0 nfnf 500tf 6

Simulación.

fs t( ) fs0 1 t 1( )fe t( ) 0x1 h=

Entrada y perturbación.Variable de Estado

e1

Aeb

1Ae

a 0

thd

d1

Aefe fs = hd 2Ae 2.5ha s( ) 1=fs0 0

Parámetros.ModeloEstanque

fe

h

y

l

fs x l

u

Ilustrar la eficacia del control realimentado.Problema

Control Realimentado y Prealimentado

Capítulo I - Introducción 12 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 13: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

A

0

kp

1Ae

1

b

0

kp

e

1Ae

0

Perturbación.

fs t( ) fs0 1 t 1( )

Simulación. tf 6 nf 500 m 0 nf t 0tfnf tf

fs

fe h EstánqueVálvula

v+

-1As

ha(s)hd

+

-

Controlador

hc(s)

hst(s)

Sensor/Transmisor

D t x( ) Ax1

x2

b hd e fs t( ) Za rkfixedh0

fe0

0 tf nf D

h t( ) Zat

nf

tf 2

fe t( ) Zat

nf

tf 3

0 1 2 3 4 5 60

1

2

3

hd

h t( )

fs t( )

fe t( )

t

Simulación en L.C.Caso 1

Controlador. hc s( ) kp1

s 1= hst s( ) 1=

Modelo.thd

d1

Aefe fs =

tfe

dd

1

kp hd h fe =

fe

h

y

l

fs x l

controlador de altura

SH TH

hd

u Variables de Estado.

x1 h= x2 fe=

Parámetros y c.i.

kp 4 h0 2 fs0 0

0.1 fe0 0 hd 2

Capítulo I - Introducción 13 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 14: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

0.5 fe.0 0 hd 2 A

kp

Ae

1

kpAe

0

b

kp

Ae

1

e

1Ae

0

Perturbación.

fs t( ) fs0 1 t 1( )

Simulación. nf 500 m 0 nf t 0tfnf tf

D t x( ) Ax1

x2

b hd e fs t( ) Za rkfixedh0

fe0

0 tf nf D

h t( ) Zat

nf

tf 2

fe t( ) kp hd h t( ) kp Zat

nf

tf 3

tf 6

0 1 2 3 4 5 60

1

2

3

hd

h t( )

fs t( )

fe t( )

t

Simulación en L.C.Caso 2

Controlador. hc s( ) kp s 1

s= hst s( ) 1=

Modelo.thd

d1

Aefe fs = fe kp hd h kp

hd h s

=fs

fe h EstánqueVálvula

v+

-1As

ha(s)hd

+

-

Controlador

hc(s)

hst(s)

Sensor/Transmisor

Variables de Estado.

x1 h= x2hd h

s=

Modelo. en variables de estado.

tx1

dd

1Ae

kp hd x1 kp x2 fs =

tx2

dd

hd x1=

Parámetros y c.i.

kp 15 h0 2 fs0 0

Capítulo I - Introducción 14 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 15: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

fs0 0 hd t( ) 2 0.2 t 3( ) A

kp

Ae

1

kpAe

0

Perturbación.

fs t( ) fs0 1 t 1( )b

kp

Ae

1

e0

0

Simulación.

tf 6 nf 500 m 0 nf t 0tfnf tf

D t x( ) Ax1

x2

b hd t( ) e fs t( ) Za rkfixedh0

fe0

0 tf nf D

h t( ) Zat

nf

tf 2

fe t( ) kp hd t( ) h t( ) kp Zat

nf

tf 3

fs t( )

0 1 2 3 4 5 60

1

2

3

hd t( )

h t( )

fs t( )

fe t( )

t

--

m(s)

v'hd

hc(s)

fs

fe h EstánqueVálvula

v+

-1

Asha(s)++

prealimentación

Controlador

hst(s)

Sensor/Transmisor

Simulación en L.C. y con Prealimenta-ciónCaso 3

Controlador. hc s( ) kp s 1

s= hst s( ) 1= m s( ) 1=

fe

h

y

l

fs x l

controlador de altura

SH TH

hd

u

SF

TF

Modelo.thd

d1

Aefe fs = fe kp hd h kp

hd h s

fs=

Variables de Estado.

x1 h= x2hd h

s=

Modelo en var. de estado. t

x1dd

1Ae

kp hd x1 kp x2 =tx2

dd

hd x1=

Parámetros y c.i.

kp 15 0.5 h0 2 fe0 0

Capítulo I - Introducción 15 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 16: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

e0

1J

c 0 1( )

Simulación en L.A. con va para tener 3000 y luego 1500 rpm en la carga.

donde las cantidades están relacionadas como sigue:

Va3000

rrtl c A( ) 1

e

1

c A( ) 1 b

td 3 va t( ) Va 112 t td

tf 6 nf 500 m 0 nf u t( ) va t( ) p t( ) tl ea km m.=

te km ia=

D t x( ) A x1 x2 T b u t( ) e p t( ) Za rkfixed 0 0( )T 0 tf nf D

J Jl Jm=

0 2 4 6100

200

300

400va

0 2 4 60

100

200

300ia

0 2 4 60

2000

4000wl

Control en Cascada de una Máquina de C.C. con Eje FlexibleProblema Ilustrar las bondades del control en cascada. Ecuaciones:

aa

aaaa edtdiLiRv Parámetros d 0.08 Ra 1.2 J 0.135 km 0.6 La 50 10 3

tl 60

me m l

dt J d tdt

Variables de Estado Modelo. rr602

x1 ia= x2 =

A

Ra

La

kmJ

km

La

dJ

b

1La

0

Capítulo I - Introducción 16 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 17: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

0 1 21000

0

1000

2000ia

iam

iam

0 1 20

2000

4000wl

0 1 2

0

5000va

vamvam

va m( ) kc ka ld mtfnf

Zam 3

Za rkfixed 0 0( )T 0 tf nf D

iam 300vam 500D t x( ) A x1 x2 T b kc ka ld t( ) x2 e p t( )

kc 0.144kc0.95

hp 0( ) 1 0.95( ) kam 0 nfnf 200

tf 2

ld t( ) ld 1 0.5 t 1( ) 1rr

ld 3000

ka 100hp s( ) c s identity 2( ) A( ) 1 b

kc motor+-

ld va

tl

lka

v

Simulación en L.C. con un controlador k. La referencia de velocidad de la carga se dispone en 3000 y luego en 1500 rpm.

Capítulo I - Introducción 17 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 18: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

kc motor+-

ld va

tl

lka

vPara evitar el excesivo voltaje de armadura, se utiliza un limitador en +- 500 V. Simulación en L.C. con un controlador k. La referencia de velocidad en la carga se dispone en 3000 y luego en 1500 rpm.

upm vam ka1

D t x( ) A x1 x2 T

b ka if kc ld t( ) x2 upm upm if kc ld t( ) x2 upm upm kc ld t( ) x2 e p t( )

Za rkfixed 0 0( )T 0 tf nf D

va m( ) ka if kc ld mtfnf

Zam 3

upm upm if kc ld mtfnf

Zam 3

upm upm kc ld mtfnf

Zam 3

0 1 2

500

0

500

va

vam

vam

0 1 20

2000

4000wl

0 1 2500

0

500ia

iam

iam

Capítulo I - Introducción 18 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 19: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

Simulación en L.C. con un controlador ki. para la corriente y un controlador k para la velocidad. Se incluyen limitadores de voltaje y corriente de armadura. La referencia de velocidad en la carga se dispone en 3000 y luego en 1500 rpm.

control +

-

ld

tl

lcontrolia +

-

iad Actuador (convertidor)

ia

v va Motor

Lazo interno (de corriente)

Lazo externo (de velocidad)

tf 2 nf 200 m 0 nf ki 0.1 kc 7

D t x( ) A x1 x2 T b ka if ki if kc ld t( ) x2 iam iam if kc ld t( ) x2 iam iam kc ld t( ) x2 x1 upm upm if ki if kc ld t( ) x2 i

Za rkfixed 0 0( )T 0 tf nf D

va m( ) ka if ki if kc ld mtfnf

Zam 3

iam iam if kc ld mtfnf

Zam 3

iam iam kc ld mtfnf

Zam 3

Zam 2

upm upm if ki if kc

iad m( ) if kc ld mtfnf

Zam 3

iam iam if kc ld mtfnf

Zam 3

iam iam kc ld mtfnf

Zam 3

Capítulo I - Introducción 19 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 20: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

0 0.5 1 1.5 2

500

0

500

va

vam

vam

0 0.5 1 1.5 20

1000

2000

3000

4000wl

0 0.5 1 1.5 2500

0

500ia

iam

iam

0 0.5 1 1.5 2500

0

500iad

iam

iam

control +

-

ld

tl

lcontrolia +

-

iad Actuador (convertidor)

ia v va

Motor

Lazo interno (de corriente)

Lazo externo (de velocidad)

Capítulo I - Introducción 20 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 21: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

1 1 1

2 2 2

( ) ( ) ( )0.2 0 1( ), ( ) [1 0] ( )

( ) ( ) ( )0 0.5 0.2kT T kT kT

e kT v kT e kTkT T kT kT

2

2

( ) 0.2( )( ) ( 0.5 )c

v z zh ze z z z z

v kT( ) k e kT( )=Controlador-es Discretos

Planta Continua con Control Discreto

e(t) x(t)Levitador

ActuadorControlador S/H

v(kT) v(t)

S S/T ys(kT)

yd(kT) e(kT)+

-

ys(t)

m g kii0

2

l1 x0 a k l0 x0 =c 0 1 0( )b

1L

0

0

A

RL

0

2kim

i0l1 x0 a

0

0

kim

i02

l1 x0 a 2

Km

0

1

dm

x0

e0 R i0=

Punto de Operación.

Modelo Lineal

F kii2

y a=

mt t

xdd

dd m g ki

i2

l1 x a k l0 x d

txd

d=

mt t

xdd

dd m g F k l0 x d

txd

d=e L

tid

d R i=

Modelo.

x3 txd

d= v=x2 x=x1 i=

Variables de EstadoLevitador

Presentar el controlador discreto en un sistema continuo.Problema

Control Híbrido

+

-

y(t)

m

Re(t)

i(t)

L

k dx(t)

a

l1

Capítulo I - Introducción 21 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 22: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIEAlcances del Curso "Control Automático" - 543 244Control Automático

En este curso se estudiarán sistemas (plantas) lineales, invariantes, continuas, SISO, concentradas y determinísticas. No obstante, también se estudiarán sistemas físicos no-lineales que admitan linealización en torno a un punto de operación. Para controlarlos se estudiarán controladores esencialmente realimentados y prealimentados del tipo tiempo continuo y tiempo discreto. Esta última alternativa dará origen a sistemas resultante lineales de tipo híbrido por lo que el uso de la Transformada de Laplace, la Transformada Z y las propiedades de éstas será intensivo.Especial énfasis se dará a los controladores en adelanto, atraso y el P.I.D. (proporcional, integral, derivativo). Lo mínimo que se exigirá al diseño será estabilidad y lo óptimo será de acuerdo al diseño en particular.Se debe considerar que el control se realiza por dos razones:

- Mantener un proceso en un punto de operación (regulación).- Llevar el proceso de un punto de operación a otro (seguimiento).

Las herramientas a utilizar son esencialmente el L.G.R., el Diagrama de Bode y el Criterio de Nyquist.

pnm(t)

u(t) y(t)ProcesoActuador

S/T

Controlador yd(t)

pm(t)S/T Estructura

General

u(t) y(t)Planta ActuadorControlador

v(t)

S/T

p(t)

ys(t)

yd(t) e(t)+

-

u(t) y(t)Planta

ActuadorControlador

p(t)

S/Hv(kT) v(t)

S S/Tys(kT)

yd(kT) e(kT)+

-

ys(t)

en Control Automático

Capítulo I - Introducción 22 de 23 Sistemas de Control - 543 244

Page 23: Principio de la Realimentación

© UdeC - DIE

cn 1 0( )i 1 Sw C

tvd

d

vR

=

bn

do

R C 1 do

RL

1 do

An

1R C

RL

1 do 2

1R C

0

en

0

RL

1 do 2

e Sw L

tid

d v 1 Sw =

voltaje de salida

+

- L e(t)

i(t) C

-

+

v(t) RSw(t)

c 0 1 0( )b1L

0 0

T

posición de la bolita

A

RL

0

2kim

i0l1 x0 a

0

0

kim

i02

l1 x0 a 2

Km

0

1

dm

x0

thd

d1

Aefe fs =

altura

tvd

dg

kim

i2

l1 x a

Km

l0 x dm

v=

txd

dv=

tid

deL

RL

i=

+

-

y(t)

M

Re(t)

i(t)

L

kdx(t)

a

l1

km ia Jl Jm tm

dd d m tl=

va Ra ia La tia

dd km m=

velocidad, posiciónSistemas en estudio fe

h

y

l

fs x l

d

+ va -

if ia

, te

, tl, Jl

máquina cc carga

- vf +Alcances del 543 244

Capítulo I - Introducción 23 de 23 Sistemas de Control - 543 244