Fundamentos de Estabilidad y Control de Sistemas
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Estabilidad
Un sistema estable es aquel que permanece en reposo a no ser que se altere por una fuente externa, en cuyo caso alcanzará de nuevo el reposo una vez que desaparezca la alteración.
Para conocer la estabilidad mediante la transformada de Laplace: un sistema es estable cuando los polos de la función de transferencia tienen parte real negativa (denominador de la transformada de Laplace < 0).
Definiciones clave
- Variables del sistema: Magnitudes sometidas a control (T, v, P, posición, etc.).
- Entrada o señal de mando: Excitación que se aplica a un sistema para provocar una respuesta.
- Planta o proceso: Conjunto de elementos de una máquina o de una fábrica entera que funcionan juntos y deben realizar una operación.
- Unidad de control o regulador: Unidad que reacciona con una señal activa para producir la salida deseada.
- Señal de salida: Respuesta que proporciona el sistema de control.
- Transductor: Elemento que transforma la señal de mando (p. ej., mover un mando) en una señal apta para su utilización (p. ej., señal eléctrica). Un transductor muy sencillo es un potenciómetro.
- Actuador: Es el elemento que actúa sobre la planta o proceso. Ejemplos: cilindro neumático, motor eléctrico, etc.
Regulador
Es el cerebro del bucle de control. Suele hacer referencia a un dispositivo capaz de realizar un control o regulación de una magnitud física de un sistema.
Funciones principales
- Compara una variable física con el valor deseado.
- Interpreta el error o desviación.
- Actúa para intentar anular el error.
Tipos de reguladores
Según su fabricación
- Analógicos: Hidráulicos, neumáticos, electromagnéticos, amplificadores operacionales.
- Digitales: Ordenadores.
Según su acción
- Acción proporcional: La acción sobre el sistema a controlar o planta es proporcional al error.
- Acción integral y proporcional: En estos reguladores, la acción sobre la planta es la suma de dos componentes: una proporcional al error y otra proporcional a la integral del error. Esta segunda es la encargada de eliminar el error en régimen permanente.
- Acción diferencial, integral y proporcional (PID): Este tipo de controlador añade la acción derivada al regulador PI. Esta nueva componente de la salida del controlador depende de la rapidez de cambio del error. Esto permite actuar con mayor energía sobre el sistema controlado cuanto mayor sea la velocidad de cambio de la salida.