Controladores
- 1. República Bolivariana de Venezuela Ministerio de Educación para el Poder Popular I.U.P “Santiago Mariño” ING. ELÈCTRICA. Extensión - Maturín Profesor: Ing. Mariangela Pollonais Autor: Fabiola Martínez Sección “V” Maturín, Febrero Del 2013
- 2. INDICE Pág. Introducción…………………………………………………………………1 Esquema de un Sistema de Control…………………………………………2,3 Definición de Controlador………………………………………………… 3,4 Compensación en Adelanto……………………………………………….… 4 Compensación en Atraso……………………………………………….…… 4 Tipos de Controladores…………………………………………………….. 4,5 Modelo Matemático que Define cada Uno……………………………..……5,6 Acciones del control de la respuesta del sistema……………………………. 7,8 Conclusión……………………………………………………………………. 9
- 3. INTRODUCCIÓN Los controladores han estado evolucionando de forma acelerada los últimos días y hoy en día pasan desapercibidos para mucha gente, pues presentan pocos o ningún problema, las técnicas de control se han mejorado a través de los años, sin embargo es muy importante que se conozca la teoría básica de control, debido a que esto ayuda a facilitar su comprensión en la práctica. El control automático desempeña una función vital en el avance de la ingeniería y la Ciencia, ya que el control automático se ha vuelto una parte importante e integral de los procesos modernos industriales y de manufactura. Por lo cual la teoría de control es un tema de interés para muchos científicos e ingenieros que desean dar nuevas ideas, para obtener un desempeño óptimo de los sistemas dinámicos y disminuir tareas manuales o repetitivas.
- 4. DESARROLLO 1). QUÉ ES UN SISTEMA DE CONTROL. Un sistema dinámico puede definirse conceptualmente como un ente que recibe unas acciones externas o variables de entrada, y cuya respuesta a estas acciones externas son las denominadas variables de salida. Las acciones externas al sistema se dividen en dos grupos, variables de control, que se pueden manipular, y perturbaciones sobre las que no es posible ningún tipo de control. La Figura 3 ilustra de un modo conceptual el funcionamiento de un sistema. Dentro de los sistemas se encuentra el concepto de sistema de control. Un sistema de control es un tipo de sistema que se caracteriza por la presencia de una serie de elementos que permiten influir en el funcionamiento del sistema. La finalidad de un sistema de control es conseguir, mediante la manipulación de las variables de control, un dominio sobre las variables de salida, de modo que estas alcancen unos valores prefijados (consigna). Un sistema de control ideal debe ser capaz de conseguir su objetivo cumpliendo los Siguientes requisitos: 1. Garantizar la estabilidad y, particularmente, ser robusto frente a perturbaciones y errores en los modelos. 2. Ser tan eficiente como sea posible, según un criterio preestablecido. Normalmente este criterio consiste en que la acción de control sobre las variables de entrada sea realizable, evitando comportamientos bruscos e irreales.
- 5. 3. Ser fácilmente implementable y cómodo de operar en tiempo real con ayuda de un ordenador. Los elementos básicos que forman parte de un sistema de control y permiten su manipulación son los siguientes: Sensores: Permiten conocer los valores de las variables medidas del sistema. Controlador: Utilizando los valores determinados por los sensores y la consigna impuesta, calcula la acción que debe aplicarse para modificar las variables de control en base a cierta estrategia. Actuador: Es el mecanismo que ejecuta la acción calculada por el controlador y que modifica las variables de control. La Figura 4 ilustra el esquema de funcionamiento de un sistema de control genérico. 2). QUE ES CONTROLADOR. Definición de controlador Es aquel instrumento que compara el valor medido con el valor deseado, en base a esta comparación calcula un error (diferencia entrevalor medido y deseado), para luego actuar a fin de corregir este error. Tiene por objetivo elaborar la señal de control que permita que la variablecontrolada corresponda a la señal de referencia.
- 6. El término controlador en un sistema de control con retroalimentación, amenudo está asociado con los elementos de la trayectoria directa entre la señalactuante (error) e y la variable de control u. Pero, algunas veces, incluye el puntode suma, los elementos de retroalimentación o ambos. Algunos autores utilizan los términos controlador y compensador como sinónimos. El contexto deberá eliminarcualquier ambigüedad. 3). COMPESACION EN ADELANTO. Compensación en adelanto La compensación de adelanto básicamente acelera la respuesta eincrementa la estabilidad del sistema. La compensación de atraso mejora laprecisión en estado estable del sistema, pero reduce la velocidad de la respuesta.Si se desea mejorar tanto la respuesta transitoria como la respuesta en estadoestable, debe usarse en forma simultánea un compensador de adelanto y uncompensador de atraso. La compensación de atraso-adelanto combina lasventajas de las compensaciones de atraso y de adelanto. Dado que elcompensador de atraso-adelanto posee dos polos y dos ceros, Tal compensaciónaumenta en dos el orden del sistema, a menos que ocurra una cancelación depolos y ceros en el sistema compensado. 4). COMPENSACIÓN DE ATRASO. Un compensador en atraso puede reducir (pero no eliminar) el error de estado estacionario. Dependiendo del efecto deseado, uno o más compensadores en adelanto y en atraso puede usarse en varias combinaciones.Los compensadores en atraso, adelanto y adelanto/atraso se diseñan normalmente para un sistema representado en la forma función de transferencia. 5).TIPOS DE CONTROLADORES. Controlador PID: Un PID (Proporcional Integral Derivativo) es un mecanismo de control por realimentación que calcula la desviación o error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar una acción correctora que ajuste elproceso. El algoritmo de cálculo del control PID se da en tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional determina la reacción del error actual.
- 7. El Integral genera una corrección proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar alproceso vía un elemento de control como la posición de una válvula de control o la energía suministrada a un calentador, por ejemplo. Ajustando estas tres variables en el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer un control diseñado para lo que requiera el proceso a realizar. La respuesta del controlador puede ser descrita en términos de respuesta del control ante un error, el grado el cual el controlador llega al "set point", y el grado de oscilación del sistema. Nótese que el uso del PID para control no garantiza control óptimo del sistema o la estabilidad del mismo. Algunas aplicaciones pueden solo requerir de uno o dos modos de los que provee este sistema de control. Un controlador PID puede ser llamado también PI, PD, P o I en la ausencia de las acciones de control respectivas. Controlador PI: Los controladores PI son particularmente comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al ruido, y la ausencia del proceso integral puedeevitar que se alcance al valor deseado debido a la acción de control. MODELO MATEMATICO. Controlador PID: Controlador PI: Controlador P:
- 8. DERIVATIVO: La acción derivativa se manifiesta cuando hay un cambio en el valor absoluto del error; (si el error es constante, solamente actúan los modos proporcional e integral). El error es la desviación existente entre el punto de medida y el valor consigna, o "Set Point". La función de la acción derivativa es mantener el error al mínimo corrigiéndolo proporcionalmente con la mismavelocidad que se produce; de esta manera evita que el error se incremente. Se deriva con respecto al tiempo y se multiplica por una constante D y luego se suma a las señales anteriores (P+I). Es importante adaptar la respuesta de control a los cambios en el sistema ya que una mayor derivativa corresponde a uncambio más rápido y el controlador puede responder acordemente. La formula está dada por: El control derivativo se caracteriza por el tiempo de acción derivada en minutos de anticipo. La acción derivada es adecuada cuando hay retraso entre el movimiento de la válvula de control y su repercusión a la variable controlada. Cuando el tiempo de acción derivada es grande, hay inestabilidad en el proceso. Cuando el tiempo de acción derivada es pequeño la variable oscila demasiado con relación al punto de consigna. Suele ser poco utilizada debido a la sensibilidad al ruido que manifiesta y a las complicaciones que ello conlleva. El tiempo óptimo de acción derivativa es el que retorna la variable al punto de consigna con las mínimas oscilaciones Ejemplo: Corrige la posición de la válvula (elemento final de control) proporcionalmente a la velocidad de cambio de la variable controlada. La acción derivada puede ayudar a disminuir el rebasamiento de la variable durante el arranque del proceso. Puede emplearse en sistemas con tiempo de retardo considerables, porque permite una repercusión rápida de la variable después de presentarse una perturbación en el proceso.
- 9. 6). ACCIONES DE CONTROL EN LA RESPUESTA DEL SISTEMA Y EJEMPLOS PRÁCTICOS. Los miembros de la familia de controladores PID, incluyen tres acciones: proporcional (P), integral (I) y derivativa (D). Estos controladores son los denominados P, I, PI, PD y PID. P: Acción de control proporcional, da una salida del controlador que es proporcional al error, es decir: u (t)=Kp.e (t), que describe desde su función transferencia queda: Cp(s) =K p Donde Kp esuna ganancia proporcional ajustable.Un controlador proporcional puede controlar cualquier planta estable, pero posee desempeño limitado y error en régimen permanente (off- set). I: Acción de control integral, da una salida del controlador que es proporcional al error acumulado, lo que implica que es un modo de controlarlento. La señal de control u (t) tiene un valor diferente de cero cuando la señal de error e(t) es cero. Por lo que se concluye que dada una referencia constante, o perturbaciones, el error enrégimen permanente es cero. PI: acción de control proporcional-integral, se define mediante: Donde Ti se denomina tiempo integral y es quien ajusta la acción integral.
- 10. La función resulta: 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, si aplicamos un control proporcional- integral para controlar el posicionamiento de un brazo robot de una cadena de montaje, al recibir una señal de error para desplazar el brazo un centímetro en el eje X, se produce un desplazamiento brusco provocado por el control proporcional que lo acercará, con mayor o menor precisión al punto deseado y, posteriormente, el control integral continuará con el control del brazo hasta posicionarlo el punto exacto, momento en el que desaparecerá totalmente la señal de error y, por tanto, eliminando totalmente el posible error remanente del sistema. PD: acción de control proporcional-derivativa, se define: Donde Td es una constante de denominada tiempo derivativo. Esta acción tiene carácter de previsión, lo que hace más rápida la acción de control, aunque tiene la desventaja importante que amplifica las señales de ruido y puedeprovocar saturación en el actuador.
- 11. CONCLUSIÓN Los controladores de dispositivo (device drivers en inglés) son programas añadidos al núcleo del sistema operativo, concebidos inicialmente para gestionar periféricos y dispositivos especiales. Pueden ser de dos tipos: orientados a caracteres (tales como los dispositivos NUL, AUX, PRN, del sistema) o bien orientados a bloques, constituyendo las conocidas unidades de disco. La diferencia fundamental entre ambos tipos de controladores es que los primeros reciben o envían la información carácter a carácter; en cambio, los controladores de dispositivo de bloques procesan, como su propio nombre indica, bloques de cierta longitud en bytes (sectores). Los controladores de dispositivo, aparecidos con elDOS 2.0, permitenañadir nuevos componentes al ordenador sin necesidad de rediseñar elsistema operativo.