UD 1 INTRODUCCIN A LOS SERVOSISTEMAS DESARROLLO DE SISTEMAS DE MEDIDA Y REGULACIN

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UD1. INTRODUCCIN A LOS SERVOSISTEMAS.

1.1. CONCEPTOS BSICOS.

Control automtico. Controlar una magnitud es modificarla de una forma prefijada de antemano. Dicha

modificacin puede realizarse manual o automticamente, segn haya o no intervencin humana en la

misma.

Fig. 1. Comparativa entre un proceso con regulacin automtica y con regulacin manual.

Sistema. Es un conjunto de elementos interrelacionados entre s capaces de realizar una operacin o un

objetivo determinado.

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Fig. 2. Variables de un sistema.

En los sistemas de control, a las magnitudes que definen el comportamiento del sistema, se les da el

nombre de variables del sistema, distinguindose cuatro tipos distintos:

Variables de entrada: son seales con las que influimos en el sistema, se caracterizan por ser

accesibles al operador que puede determinar libremente su valor, (e1, e2, en).

Variables de perturbacin: son seales que influyen en el sistema y se caracterizan por ser

inaccesibles al operador, ya que son generadas por los propios elementos constituyentes del

sistema o por el medio en el que se encuentra inmerso, (P1, P2, Pn).

Variables de salida: son seales producidas por el sistema bajo la accin de las entradas o

perturbaciones, (s1, s2, sn).

Variables de estado: son seales que nos informan del estado del sistema, (X1, X2, Xn).

La notable variedad de sistemas de control existentes, motiva que se les pueda clasificar bajo muy

distintos puntos de vista, siendo los ms importantes:

Segn sus elementos integrantes, los sistemas pueden ser lineales (todos los elementos lo son) o

no lineales (al menos un elemento es no lineal).

Segn la dependencia temporal, los sistemas pueden ser estacionarios (los parmetros no varan

con el tiempo) o variantes (los parmetros varan con el tiempo).

Segn su estructura funcional, los sistemas pueden ser de cadena abierta (lazo o bucle abierto) o

de cadena cerrada (lazo o bucle cerrado).

Fig. 3. Sistema de cadena abierta.

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Fig. 4. Sistema de cadena cerrada.

Segn el nmero de variables, los sistemas pueden ser monovariables (una entrada y una salida) o

multivariables (varias entradas y varias salidas).

Segn el tipo de seales que manejan, los sistemas pueden ser continuos (seales analgicas o

continuas), discretos (seales digitales) o muestreados (seales muestreadas).

Fig. 5. Tipos de seales en un sistema.

Segn la funcin de control a realizar, los sistemas pueden ser de control de procesos (controlan un

proceso fsico), de control ptimo (se condiciona el diseo en funcin de un parmetro), de control

adaptativo (se adapta a las variaciones) o de control predictivo (se adelanta a las variaciones).

Los sistemas que sern objeto de estudio en este mdulo, sern: continuos de cadena cerrada y entrada variable (servosistemas continuos), lineales, estacionarios, monovariables y de control de procesos.

Servosistema. Es un sistema de cadena cerrada y entrada variable.

Servomecanismo. Es un sistema de cadena cerrada y entrada variable (servosistema) en el que la salida es una posicin, velocidad o aceleracin mecnicas.

Sistema de seguimiento. Es aquel de entrada y salida homogneas, lo que supone que tienen las mismas dimensiones fsicas, por lo que la realimentacin se puede realizar directamente.

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1.2. ESTRUCTURA GENERAL DE UN SERVOSISTEMA.

De una forma simplificada y, para un servo elemental, (ya que la realidad es siempre ms compleja) la

estructura tpica de un servosistema es la siguiente:

Fig. 6. Estructura general de un servosistema.

Funcionamiento. Inicialmente se tiene una seal de entrada (VENT) de cualquier tipo de magnitud, por lo

que, generalmente, debe ser convertida en otra magnitud comparable con la procedente de la

realimentacin (en la mayora de los casos, tensin elctrica) mediante un transductor de entrada, a fin de

obtener la seal de referencia (VREF) que ser comparada, por medio de un comparador (nudo aditivo), con

la salida proveniente de la realimentacin, obtenindose de este modo, la seal de error (VERR) diferencia

de ambas.

Esta seal acta sobre el regulador, que determina la accin de control (VREG) a realizar en funcin de la

cantidad de error (valor de la seal de error) existente, a fin de minimizarlo, por lo que su salida recibe el

nombre de seal de control, o seal de regulacin (VREG), esta seal suele ser relativamente pequea,

incapaz de actuar directamente sobre la planta (o proceso) a controlar.

Por este motivo, la seal de control se amplifica en potencia mediante el conjunto

preaccionador/accionador, obtenindose la seal de accin (VACC) que incide directamente sobre la

planta, para producir la seal de salida (VSAL) (posicin, velocidad, temperatura, nivel, etc.) deseada.

Finalmente la seal de salida es convertida, por medio del transductor de salida y la etapa de

realimentacin, en la seal de realimentacin (VREL) que se entrega al comparador. Este proceso de

realimentacin, seguir producindose mientras el sistema se encuentre operativo.

Dentro de este esquema general del servo, el regulador es el elemento fundamental, pues determina la

cantidad de seal de control a fin de minimizar el error y lograr que el sistema cumpla sus dos objetivos

fundamentales: anular la accin de las perturbaciones sobre la salida y hacer que sta siga exactamente las

variaciones de la seal de entrada. Al diseo del regulador ms adecuado en cada caso, se orienta el

estudio de los sistemas continuos de control.