Conceptos Fundamentales de Sistemas de Control Industrial

1. ¿Qué misión tiene el actuador en un sistema de control de lazo cerrado?

El actuador es el elemento final de control, la parte del proceso que provoca físicamente la dinámica de todo el sistema. Su transmitancia se incluye generalmente en la función de transferencia del controlador Gr(s). Este dispositivo de potencia está situado en la planta y cuyo objetivo es entregar energía o realizar un trabajo para mantener el valor de salida en el valor deseado.

Habitualmente consta de un adaptador de potencia y del elemento de actuación. La adaptación de potencia es necesaria porque el generador de consignas suele ser de baja potencia y, por lo tanto, insuficiente para alimentar directamente el actuador.

2. ¿Qué 3 condiciones básicas debe cumplir un buen sistema de control de lazo cerrado?

Un buen sistema de control de lazo cerrado debe cumplir las siguientes condiciones:

• Estabilidad: La estabilidad es la condición principal (la variable controlada no debe oscilar demasiado).
• Mínimo error de régimen: El error de régimen permanente debe estar por debajo de un límite establecido.
• Rechazo de perturbaciones: La respuesta transitoria debe ser aceptable. No debe tardar mucho en alcanzar el valor deseado ni tardar muy poco (es mejor que tarde poco).

3. Definir ganancia estática y constante de tiempo de los sistemas de primer orden.

Ganancia estática:

El término constante corresponde a la respuesta en régimen permanente y la exponencial a la transitoria.

K es la amplitud de la señal de salida cuando la señal de entrada varía en una unidad, denominándose ganancia estática. Cuando la entrada tiene una amplitud A, la salida del sistema se posiciona en Ak.

Constante de tiempo:

Haciendo T=t se obtiene que la constante de tiempo T corresponde al tiempo necesario para que la respuesta del sistema alcance el 63.2% de su valor final ante una entrada escalón unitario.

4. Efecto sobre la variable controlada de los controladores P, P+I, P+D, P+I+D.

Control Proporcional (P):

El efecto de la variación de la ganancia sobre la variable controlada es: a ganancias bajas, respuesta lenta y error grande; a ganancias altas, respuesta rápida y oscilatoria y error pequeño, aunque con este control no se garantiza su eliminación total.

Actúa emitiendo una señal hacia los actuadores de la planta proporcional, según un factor Kp, a la señal de entrada o error.

Control Proporcional-Integral (P+I):

Se consigue un buen compromiso entre la velocidad de ida de la variable controlada hacia la consigna y una precisión total en régimen permanente, aunque esta acción puede ser mejorada añadiendo acción derivativa. La respuesta del regulador es la combinación lineal de una señal proporcional al error y la integración de ese error. FDT:

Control Proporcional-Derivativo (P+D):

Se consigue un buen comportamiento transitorio, ya que dado el carácter estabilizador de la acción D, se puede añadir más acción P, con lo que se consigue una rápida ida hacia la consigna, sin desestabilizar el sistema. FDT:

Control Proporcional-Integral-Derivativo (P+I+D):

Conseguimos un buen comportamiento transitorio y una anulación total del error en régimen permanente. Tenemos primero una respuesta máxima debido a la acción derivativa, luego debido a la acción proporcional esta respuesta máxima es el valor constante debido a la acción proporcional. Por último, la acción integral eliminará el error. FDT: