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Subject code : 68902122
En este tema se presenta una introducción a las teorías de control clásica y moderna. Se presentan las definiciones básicas en los sistemas de control y algunos ejemplos de sistemas de control básicos introduciendo al estudiante en los aspectos fundamentales y en la ingeniería de control.
En el ámbito de los sistemas de control el estudiante debe ser capaz de modelar el sistema dinámico que pretende controlar. Este modelado permitirá el análisis del sistema y de sus características dinámicas. En este tema se expone el modelado matemático de estos sistemas físicos. Es importante destacar que un modelo matemático no es necesariamente único para un sistema físico concreto. Este tema aborda fundamentos del control automático como son las funciones de transferencia, los diagramas de bloques o las distintas acciones de control aplicables a los sistemas físicos. También se planteará el modelado en el espacio de estados.
En este tema se presenta el modelado matemático de una variedad de sistemas mecánicos y eléctricos que pueden formar parte de un sistema de control.
En este tema se presenta el modelado matemático de una variedad de sistemas de fluidos y sistemas térmicos que pueden formar parte de un sistema de control.
En los temas anteriores de dieron un conjunto de las herramientas para obtener el modelo matemático de los sistemas y analizarlos, con el modelo obtenido existen distintos métodos para analizar el comportamiento del sistema. En el tema actual se analizará la respuesta de sistemas de primer y segundo orden frente a señales de entrada estandarizadas que permitirá conocer el comportamiento de un sistema físico concreto. Como herramienta de simulación se propone al estudiante utilizar el software de simulación MATLAB.
Cuando ya está modelizado un sistema de control en lazo cerrado, la localización de los polos de este sistema en el plano complejo determina su respuesta dinámica temporal. El parámetro primario para el control de un sistema en lazo cerrado es la ganancia del sistema y la variación de la ganancia modifica la ubicación de los polos y ceros del sistema. Por tanto, el análisis del lugar de las raíces del sistema es esencial para conocer el comportamiento de éste. En esta primera parte estudiaremos el método del lugar de las raíces, su representación y análisis.
En este tema se presentan los métodos de respuesta en frecuencia para el análisis de los sistemas de control. La información que se extrae con dicho análisis es diferente a la que se obtiene del lugar de las raíces, complementándose ambos métodos. Una ventaja del método de la respuesta en frecuencia es que puede utilizar los datos que se obtienen de las medidas sobre el sistema físico sin deducir su modelo matemático.
Los sistemas reales habitualmente son sistemas con diversas entradas y salidas que presentan una interacción compleja entre los distintos elementos. Para analizar este tipo de sistemas es esencial recurrir a simplificaciones de las expresiones matemáticas y al proceso por ordenador. El planteamiento del sistema en el espacio de estado para el análisis de este tipo de sistemas es el más conveniente. En este tema estudiaremos la representación y análisis en el espacio de estados, y la resolución de las ecuaciones de estado para sistemas invariantes.
Una vez conocidos los métodos de análisis de los sistemas desarrollados en los temas anteriores, el método del lugar de las raíces permite predecir los efectos que tiene la localización de los polos en lazo cerrado de un sistema en distintas ubicaciones del lugar de las raíces. Al diseñar un sistema de control lineal, el método del lugar de las raíces resulta de gran utilidad, debido a que indica la forma en la que deben modificarse los polos y los ceros en lazo abierto para que la respuesta del sistema en lazo cerrado cumpla las especificaciones de comportamiento establecidas para el sistema.
En este tema estudiaremos las técnicas de compensación que permiten modificar la respuesta en frecuencia de un sistema para adaptarlas a las especificaciones establecidas. La ventaja del método de análisis y diseño de sistemas de control basado en la respuesta en frecuencia es que estas pruebas son en general sencillas y pueden ser muy precisas con el uso de generadores de señal y equipos de medición adecuados y muy frecuentemente se calculan experimentalmente mediante pruebas de respuesta en frecuencia.
En los capítulos anteriores se han estudiado los controladores de PID y dado que este tipo de controladores aplica de forma casi general a la mayoría de los sistemas de control, En los sistemas en los que el modelo matemático de la planta no se conoce y por tanto no podemos aplicar métodos de diseño analíticos, la aplicación de los controladores PID resultan especialmente útiles. En este tema se presenta el diseño de controladores PID utilizando las reglas de sintonía de Ziegler y Nichols.
En este tema se estudia el método de diseño en el espacio de estados basado en los métodos de asignación de polos y del regulador óptimo cuadrático. El método de asignación de polos algo análogo al método del lugar de las raíces ya que se colocan los polos en enlazo cerrado en las posiciones deseadas. Las diferencias básicas en el diseño es que en el lugar de las raíces se sitúan solo los polos en lazo cerrado dominantes, mientras que en el diseño por asignación de polos se colocan todos los polos en lazo cerrado en las posiciones que se deseen.