Revisión de conceptos básicos de un sistema de control. Diagrama en bloques.
👉SISTEMAS Y SISTEMAS DE CONTROL
👀Definición: Un sistema es un arreglo, conjunto o colección de cosas conectadas o relacionadas de manera que constituyan un todo.
👀Definición: Un sistema es un arreglo de componentes físicos conectados o relacionados de tal manera que formen una unidad completa o que puedan actuar como tal.
La palabra control generalmente se usa para designar regulación, dirección o comando. Al combinar las definiciones anteriores, se tiene :
👀Definición: Un sistema de control es un arreglo de componentes físicos conectados de tal manera que el arreglo se pueda comandar, dirigir o regular a sí mismo o a otro sistema.
👉Existen tres tipos básicos de sistemas de control:
1. Sistemas de control hechos por el hombre.
2. Sistemas de control naturales, incluyendo sistemas biológicos.
3. Sistemas de control cuyos componentes están unos hechos por el hombre y los otros son naturales.
Cada cosa altera su medio ambiente de alguna manera, si no lo hace activamente lo hace pasivamente tal es el caso de un espejo que dirige un haz de luz que incide sobre él a un ángulo agudo.
El espejo (Fig. 1) se puede considerar como un sistema elemental de control, que controla el haz de luz de acuerdo con la simple relación "el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia “a".
En la ingeniería y en la ciencia generalmente restringimos el significado de sistemas de control al aplicarlo a esos sistemas cuya función principal es comandar, dirigir o regular dinámica o activamente.
El sistema ilustrado en la figura 2, que consiste en un espejo pivoteado en uno de sus extremos y que se puede mover hacia arriba o hacia abajo por medio de un tornillo en el otro extremo, se denomina propiamente un sistema de control.
👉ENTRADA Y SALIDA
Vamos a identificar las variables que constituyen la entrada y la salida del espejo ajustable de la figura
La entrada es el ángulo de inclinación del espejo, 0, el cual se varía ajustando el tornillo. La salida es la posición angular del haz reflejado 0 + a con respecto a la superficie de referencia.
👀Definición : La entrada es el estímulo o excitación que se aplica a un sistema de control desde una fuente de energía externa, generalmente con el fin de producir, de parte del sistema de control, una respuesta especificada.
👀Definición : La salida es la respuesta obtenida del sistema de control. Puede ser o no puede ser igual a la respuesta especificada que la entrada implica.
Tomamos como ejemplo una persona que quiere tocar un objeto:
Los componentes básicos de este sistema de control son el cerebro, el brazo y la mano y los ojos. El cerebro envía la señal del sistema nervioso requerida hacia el brazo y la mano, con el fin de alcanzar el objeto. Esta señal se amplifica en los músculos del brazo y la mano los cuales sirven como impulsores en el sistema. Los ojos se usan como dispositivos de exploración y continuamente "retroalimentan" hacia el cerebro la información sobre la posición de la mano.
➤La salida del sistema es la posición de la mano.
➤La entrada es la posición del objeto.
El objetivo del sistema de control es reducir la distancia entre la posición de la mano y la del objeto a cero.
En la figura, la línea punteada y las flechas representan la dirección del flujo de información.
👉CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS DE CONTROL
Los sistemas de control se clasifican en dos grandes categorías a saber: Sistemas de lazo abierto y de lazo cerrado.
La distinción la determina la acción de control, que es la cantidad que activa el sistema para producir la salida.
👀Definición : Un sistema de control de lazo abierto es aquel en el cual la acción de control es independiente de la salida.
👀Definición : Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el cual la acción de control es en cierto, modo dependiente de la salida..
Los sistemas de control de lazo abierto tienen dos rasgos sobresalientes:
1. La habilidad que éstos tienen para ejecutar una acción con exactitud está determinada por su calibración. Calibrar significa establecer o restablecer una relación entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada.
2. Estos sistemas no tienen el problema de la inestabilidad.
Los sistemas de control de lazo cerrado se llaman comúnmente sistemas de control por retroalimentación y se consideran en más detalle a partir de la próxima sección.
Para clasificar un sistema de control como de lazo abierto o cerrado, se deben distinguir claramente los componentes del sistema de los componentes que interactúan con él pero que no forman parte del mismo. Por ejemplo, un operador humano puede o no, ser un componente del sistema.
👉DIAGRAMAS EN BLOQUE: FUNDAMENTOS
Un diagrama en bloque es una representación visual simplificada de la relación de causa y efecto que existe entre la entrada y la salida de un sistema físico.
El diagrama suministra un método útil y conveniente para caracterizar las relaciones funcionales entre los diferentes componentes de un sistema de control. Los componentes del sistema se conocen alternativamente, con el nombre de elementos del sistema. La forma más sencilla del diagrama en bloque es el bloque simple que lleva una entrada y una salida:
👉RETROALIMENTACIÓN
La retroalimentación es esa característica de los sistemas de control de lazo cerrado que los distingue de los sistemas de lazo abierto.
👀Definición: Retroalimentación es esa propiedad de un sistema de lazo cerrado que permite que la salida (o cualquier otra variable controlada del sistema) sea comparada con la entrada al sistema (o con una entrada a cualquier componente interno del sistema o con un subsistema de éste) de tal manera que se pueda establecer la acción de control apropiada como función de la entrada y la salida.
Los rasgos más importantes que la presencia de retroalimentación imparte a un sistema son :
1. Aumento de exactitud. Por ejemplo, la habilidad para reproducir la entrada fielmente. 2. Sensibilidad reducida de la razón de la salida a la entrada, a las variaciones en las características del sistema .
3. Efectos reducidos de la no-linealidad y de la, distorsión.
4. Aumento del ancho de banda. El ancho de banda de un sistema es ese intervalo de frecuencias (de la entrada) por sobre el cual el sistema responde satisfactoriamente.
5. Tendencia a la oscilación o a la inestabilidad.
El interior del rectángulo que representa al bloque generalmente contiene la descripción o el nombre del elemento, o el símbolo de la operación matemática que se ejecuta sobre la entrada, con el fin de obtener la salida. Las flechas representan la dirección de la información unilateral o el flujo de señales.
👉PUNTO DE SUMA
Las operaciones de adición y sustracción tienen una representación especial. El bloque se cambia por un pequeño círculo, llamado punto de suma con el signo apropiado, más o menos, acompañando las flechas que llegan al círculo. La salida es la suma algebraica de las entradas.
Cualquier número de entradas se puede aplicar al punto de suma.
Algunos autores ponen una cruz en el círculo
Evitaremos esta notación en nuestro caso, porque a veces puede haber confusión con la operación de multiplicación.
👉Punto de reparto
Con el fin de emplear la misma señal o variable como entrada a más de un bloque 0 punto de suma, se usa un punto de reparto. Esto permite que la señal prosiga sin alteración a lo largo de diferentes trayectorias hacia varios destinos.
👉DIAGRAMA EN BLOQUE DE UN SISTEMA DE CONTROL POR RETROALIMENTACIÓN
Los bloques que representan los diferentes componentes de un sistema de controle están conectados de tal manera que caracterizan su relación funcional dentro del sistema.
La configuración básica de un sistema de control simple, de lazo cerrado (por retroalimentación), se ilustra en el diagrama en bloque de la figura 2-1.
Se debe anotar que las flechas del lazo cerrado que interconectan los bloques, representan la dirección del flujo de la energía de control o información y no la fuente principal de energía para el sistema.
Si volvemos al caso de la persona queriendo atrapar la piedra, vemos que los componentes básicos de este sistema de control son el cerebro, el brazo Y la mano y los ojos.
El cerebro envía la señal del sistema nervioso requerida hacia el brazo y la mano, con el fin de alcanzar el objeto. Esta señal se amplifica en los músculos del brazo y la mano los cuales sirven como impulsores en el sistema.
Los ojos se usan como dispositivos de exploración y continuamente "retroalimentan" hacia el cerebro la información sobre la posición de la mano.
➥La salida del sistema es la posición de la mano.
➥La entrada es la posición del objeto.
El objetivo del sistema de control es reducir la distancia entre la posición de la mano y la del objeto a cero.
La figura es un diagrama esquemático. La línea punteada y las flechas representan la dirección del flujo de información.
👉TERMINOLOGÍA DEL DIAGRAMA EN BLOQUE PARA LAZO CERRADO
Es importante que los términos que se usan en el diagrama en bloque para lazo cerrado se entiendan claramente y se recuerden.
Para representar las variables de entrada y de salida de cada elemento se usan letras minúsculas tal como para los símbolos de los bloques g1, g2 y h. Estas cantidades represen- tan funciones de tiempo, a no ser que se especifique lo contrario.
👉TERMINOLOGÍA DE LOS SISTEMAS DE CONTROL
👀Definición : La planta g 2, llamada también sistema controlado, es el cuerpo, proceso o máquina de la cual se va a controlar una cantidad o condición particular
👀Definición: Los elementos de control g 1, también llamados el controlador, son los componentes requeridos para generar la señal de control apropiada m que se aplica a la planta.
👀Definición : Los elementos de retroalimentación h son los componentes que se requieren para establecer la relación funcional entre la señal de retroalimentación primaria b y la salida controlarla e.
👀Definición : La entrada de referencia r es una señal externa aplicada a un sistema de control por retroalimentación con el fin de ordenar a la planta una acción especificada. A menudo representa un comportamiento ideal de la salida de la planta.
👀Definición: La salida controlada es esa cantidad o condición de la planta que se controla.
👀Definición: La señal de retroalimentación primaria b es una señal que es función de la salida controlada e, y que se suma algebraicamente a la entrada de referencia r para obtener la señal impulsora e.
👀Definición: La señal impulsora e, también denominada el error o acción de control, es la suma algebraica de la entrada de referencia r más o menos (usualmente menos) la retroalimentación primaria b.
👀Definición: La variable manipulada m (señal de control) es esa cantidad o condición que los elementos de control g, aplican a la, planta g 2.
👀Definición: Una perturbación u es una señal de entrada indeseable que afecta el valor de la salida controlada c. Puede entrar a la planta sumándose con m o a través de un punto intermedio, como se muestra en el diagrama en bloque de la figura 2-1-
👀Definición: La trayectoria directa es la vía de trasmisión desde la señal impulsara e hasta la salida controlada e.
👀Definición: La trayectoria de retroalimentación, es la vía de trasmisión desde la salida controlada c hasta, la señal de retroalimentación primaria b.
👉LOS ELEMENTOS FÍSICOS INTEGRANTES DE UN SISTEMA DE CONTROL DE UN MOTOR DIESEL MARINO
pueden ser , entre otros mas , los siguientes:
1. Panel de control local: Es la interfaz a través de la cual el operador puede monitorear y controlar el motor. Incluye botones, interruptores y pantallas que muestran información relevante sobre el funcionamiento del motor.
2. Regulador de velocidad: Este dispositivo mantiene las revoluciones del motor constantes dentro de un rango deseado, ajustando la cantidad de combustible inyectado en los cilindros.
3. Actuador: Un componente que convierte señales eléctricas en movimiento mecánico, utilizado para controlar elementos como válvulas y bombas.
4. Convertidor electro-hidráulico: Convierte la energía eléctrica en energía hidráulica, permitiendo el control de sistemas hidráulicos dentro del motor.
5. Unidad de control del motor (ECU): Es un sistema electrónico que gestiona y optimiza el rendimiento del motor, regulando parámetros como la inyección de combustible y la sincronización de válvulas.
6. Bomba de inyección: Responsable de suministrar combustible a los cilindros del motor en la cantidad y momento adecuados para asegurar un funcionamiento eficiente.
7. Sensor de posición del cigüeñal: Mide la posición del cigüeñal y envía esta información a la ECU para ajustar la inyección de combustible y la sincronización de válvulas.
8. Sensor de temperatura del motor: Monitorea la temperatura del motor y envía datos a la ECU para evitar sobrecalentamientos y optimizar el rendimiento.
9. Sensor de presión de combustible: Mide la presión del combustible en el sistema de inyección y asegura que esté dentro del rango óptimo para el funcionamiento del motor.
10. Sistema de alarma y protección: Incluye dispositivos que detectan condiciones anormales y activan alarmas o sistemas de protección para evitar daños al motor.
👉SERVOMECANISMOS
El sistema de control por retroalimentación especial llamado servomecanismo merece una atención especial debido a su popularidad en aplicaciones industriales y en la literatura técnica sobre sistemas de control.
Definición: Un servomecanismo es un sistema de control por retroalimentación con amplificación de potencia en el cual la variable controlada c es una posición mecánica o una derivada de posición, con respecto al tiempo tal como la velocidad o la aceleración.
Ejemplo: Los aparatos empleados para dirigir un automóvil forman un servomecanismo. La entrada de la orden la constituye la posición angular de la rueda del timón. El pequeño torque rotacional que se aplica a la rueda del timón se amplifica hidráulicamente, lo cual proporciona una fuerza adecuada para modificar la salida constituida por la posición angular de las ruedas delanteras. El diagrama en bloque de tal sistema se puede representar como en la figura 2-2. Se requiere retroalimentación negativa para devolver la válvula de control a la posición neutral, reduciendo el torque del amplificador hidráulico a cero cuando se ha alcanzado la posición deseada de la rueda.
Definición. Un regulador o sistema regulador es un sistema de control, por retroalimentación en el cual la entrada de referencia u orden es constante para largos períodos de tiempo, a menudo para el intervalo de tiempo completo, durante el cual el sistema está en operación.
Un regulador se diferencia de un servomecanismo en que la función primordial de un regulador es generalmente mantener constante una salida que es controlada, mientras que la función de un servomecanismo consiste muy a menudo en hacer que la salida del sistema siga una entrada variante.
👉FUNCIONAMIENTO DE UN REGULADOR DE VELOCIDAD
1. Inicio: El sistema está en reposo.
2. Detectar velocidad: Sensores o mecanismos detectan la velocidad actual del motor.
3. Comparar velocidad: Se compara la velocidad detectada con la velocidad deseada (punto de ajuste).
- Si la velocidad es “igual” a la deseada, volver al inicio.
- Si la velocidad es “mayor” a la deseada, continuar al siguiente paso.
- Si la velocidad es “menor” a la deseada, saltar al paso de ajuste de aceleración.
4. Reducir suministro de combustible: Reducir el suministro de combustible para disminuir la velocidad.
5. Ajuste de aceleración: Aumentar el suministro de combustible para aumentar la velocidad.
6. Revisión: Volver al paso de detección de velocidad y repetir el ciclo.
Ejemplo: Un regulador de velocidad tipo Watt, también conocido como regulador centrífugo, es un dispositivo utilizado para mantener una velocidad constante en motores de vapor y otras máquinas. Aquí tienes una imagen con la explicación de cada una de sus partes:
1. Bolas giratorias: Estas bolas están unidas a un eje vertical mediante brazos articulados. A medida que la velocidad de rotación aumenta, las bolas se alejan del eje debido a la fuerza centrífuga.
2. Eje de transmisión: El eje de transmisión conecta el motor con el regulador. La velocidad de rotación del eje influye en la posición de las bolas giratorias.
3. Válvula de control: La válvula de control ajusta el suministro de vapor al motor. Cuando las bolas giratorias se alejan del eje, la válvula se cierra parcialmente para reducir el suministro de vapor y mantener una velocidad constante.
4. Resorte: El resorte proporciona una fuerza de retorno que ayuda a las bolas a regresar a su posición original cuando la velocidad disminuye.
👉FUNCIONES LÓGICAS (TABLAS DE VERDAD)
FUENTES;
"Manual Curso Patrón Local de Pesca"
