UNIVERSIDAD MARIANO GALVEZ DE GUATEMALAINGENIERIA ELECTRÓNICA SISTEMAS DE CONTROL II CONTROL EN TIEMPO DISCRETO M.A. ING. JOSE LUIS OLA 1. 2. 3. 4. 5. Introducción Sistemas de control digital Cuantificación y errores Adquisición, conversión y distribución. Ventajas de los sistemas de control digital. 6. Ejemplos de control digital. M.A. ING. JOSE LUIS OLA 1. INTRODUCCIÓN La idea de usar computadoras para control de procesos emerge en 1950, aplicado en control DDC de misiles y aviones. En 1956 Thomson Ramo Woodridge (TRW) compañía aeroespacial y Texaco, realizan un estudio de viabilidad para una refinería, el cual requirió de 30 años-hombre. Control digital directo (DDC) 1962. Periodo de minicomputadoras 1967. Uso de microcomputadoras 1972. Uso general de control digital 1980. Control distribuido 1990. M.A. ING. JOSE LUIS OLA Sistema de control Moderno M. JOSE LUIS OLA . ING.A. 2. Sistema de control Analógico y Digital M. JOSE LUIS OLA . ING.A. M. el control de sistemas dinámicos se realizan en forma digital. gracias a la disponibilidad de computadoras de bajo costo y las ventajas que ofrece la señal discreta frente a la analógica. JOSE LUIS OLA .Tipos de Señales • En razón a que un controlador digital se utiliza para alcanzar el desempeño optimo. ING.A. 2. Una señal en tiempo discreto es una señal definida solo en valores discretos de tiempo 2. ING. La señal digital es una señal con amplitud cuantificada 4. JOSE LUIS OLA . Si los valores discretos adoptan valores en un intervalo continuo es una señal de datos muestreados 3.A. M. La señal digital debe cuantificarse tanto en tiempo como en amplitud.1 Características notables 1. Sistema de control Digital M. JOSE LUIS OLA .2. ING.A.2. ING. JOSE LUIS OLA .A. Definición y términos • • • • • Muestreador y retenedor S/H Convertidor analógico digital A/D Convertidor Digital analógico D/A Planta o proceso Transductor M.3.2. A. sea Tk = KT. ING. JOSE LUIS OLA .… (el utilizado en este curso) • Muestreo de Orden Múltiple: El patrón de tK`s se repite periódicamente: tK + r. los instantes de muestreo están igualmente espaciados cada T segundos. T: es el periodo de muestreo.3.1. para todo tK. • Muestreo Aleatorio: La variable tK es una variable aleatoria.tK = constante. M.2. sea mas rapida o lenta según el lazo analizado.Tipos de muestreo • Muestreo Periódico: es el más usual. • Muestreo Múltiple: Sistemas de múltiples lazos que debido a la dinámica de cada lazo requieren diferentes periodos de muestreo. con K =0. 3.A. ING. 0 < [e(t)] ≤ Q/2 M. y(t). JOSE LUIS OLA . Cuantificación y errores de cuantificación Nivel de Cuantificación Q: intervalo entre dos puntos adyacentes Error de Cuantificación: Error de redondeo al nivel de cuantificación mas cercano. e(t)=x(t) . conversión y distribución • La conversión de señales en un sistema de control digital involucra las anteriores operaciones. M. ING. JOSE LUIS OLA .A.4. Adquisición. M.Adquisición. Con ello se obtiene un modelo matemático simple de un muestreador y retenedor. conversión y distribución • En la practica la duración del muestreo es muy corta comparada con el periodo del muestreo T. • Si la duración del muestreo es despreciable. el muestreador se puede considerar como un “muestreo ideal”. JOSE LUIS OLA .A. ING. M. JOSE LUIS OLA .A. ING.Muestreador y retenedor • El S/H es un circuito analógico (memoria de voltaje) donde al tener una entrada de voltaje se almacena en un capacitor de alta calidad con características de fuga y absorción dieléctrica • El interruptor electrónico conecta el capacitor de retención. el OPAMP 1 aísla la entrada con una impedancia alta y el OPAMP 2 que aísla el voltaje en el capacitor de retención. Muestreador y retenedor • El muestreador opera en dos modos a) Modo seguimiento: Cuando el interruptor electrónico esta cerrado. M. ING. JOSE LUIS OLA .A. hay seguimiento de voltaje de entrada por parte del capacitor b) Modo retención: Con el interruptor abierto (señal desconectada) el voltaje del capacitor se mantiene constante por un tiempo especifico. JOSE LUIS OLA . se cumple el primero y actúa el segundo seguidamente en el “tiempo de apertura” y a su vez sincronizada por un reloj.Modo Seguimiento y Modo retención Se puede ver que la conmutación entre modos no es instantánea. ante el comando seguimiento se aplica retención.A. La caída de voltaje del modo retención se corrige con el circuito S/H M. ING. Convertidores A/D y D/A • Un convertidor A/D ejecuta las operaciones de muestreo y retención. ING. El reloj genera un pulso cada periodo de muestreo T. cuantificación y codificación.A. JOSE LUIS OLA . • Los A/D mas comunes (con sus ventajas y desventajas) y los de mayor interés tienen asterisco: M. Convertidor A/D de aproximaciones sucesivas • Por ejemplo: TLC7524C • O bien ADC0804 Para mayor precisión lo mejor es incrementar el numero de bits en la señal de salida. JOSE LUIS OLA .A. ING. M. A.Error en A/D M. JOSE LUIS OLA . ING. Tomar en cuenta que. al aumentar el numero e bits se incrementa el intervalo de valores de resistores y la exactitud decae. Método de resistores ponderados: de Exactitud no muy buena. ING. Los resistores a la entrada del OPAMP están ponderados en binario. conectando a 1 o 0 (tierra) según la señal de entrada. M. 2. Aun así los mas utilizados son del tipo paralelo. Red escalera R-2R: mas complejo pero mas preciso debido a la configuración 2R y 3R. JOSE LUIS OLA .Convertidor D/A • Dos métodos para la conversión Digital análoga D/A 1.A. ING. JOSE LUIS OLA .Convertidor D/A M.A. ING. JOSE LUIS OLA .A. • Se realiza mediante extrapolación entre punto sucesivos. pero tiene un tiempo de retardo en el muestreo. • El retenedor de primer orden puede causar un error grande si al pendiente de la señal cambia • El retenedor poligonal o primer orden con interpolación es mas exacto. Este retado es deseable? M. • La forma de onda escalera o retenedor de orden cero es la mas sencilla.RECONSTRUCIÓN DE LA SEÑAL ANALOGICA DE ENTRADA CON CIRCUITO DE RETENCIÓN • El propósito de la operación retención es rellenar los espacios entre periodos de muestreo y así reconstruir en forma aproximada la señal analógica de entrada original. Salidas con retenedor M. JOSE LUIS OLA . ING.A. JOSE LUIS OLA .A. El costo fue el principal argumento para cambiar de tecnología.5. confiables y pequeños. El costo de un sistema analógico se incrementaba linealmente por el número de lazos. Flexibilidad. ING. los digitales reprogramando. Los sistemas digitales presentan menor sensibilidad al ruido. M. Los sistemas analógicos son modificados realambrando. La comunicación con el operador cambia de forma drástica. Ventajas de los sistemas de control digital. Los componentes digitales son más robustos. Ejemplo de sistemas de control Digital M. JOSE LUIS OLA . ING.6.A. Controlador de Temperatura digital M.A. JOSE LUIS OLA . ING. Control Digital para una planta de Generación de energía Eléctrica M.A. ING. JOSE LUIS OLA . ING.Sistema digital controlador de Voltaje M.A. JOSE LUIS OLA . Controlador de Vuelo de Aviones M.A. ING. JOSE LUIS OLA . JOSE LUIS OLA . ING.A.Controlador de Disco Duro M. Controlador en Robots y medicina moderna M. JOSE LUIS OLA .A. ING.
Report "Clase 1 Sistemas de Control II Introduccion"