Conceptos Clave en Sistemas de Control y Automatización Industrial

Fundamentos de Sistemas de Control

Conceptos Generales

• El concepto de entrada/salida está relacionado con: El flujo de información.

• El metabolismo de la leche materna: Es una señal de entrada en un sistema biológico o de control.

• Las variables controladas: Son las variables de salida de un sistema cuyo valor se busca mantener o modificar mediante un controlador.

• Las variables internas (o de estado): Representan el "estado" del sistema en un momento dado y son necesarias para describir completamente su comportamiento futuro.

• Un automatismo es: Un conjunto de funciones lógicas y/o de control que operan de forma autónoma para realizar una tarea.

• Un bucle cerrado se emplea para: Reducir el efecto de las perturbaciones externas y la incertidumbre en el modelo del sistema.

• Una perturbación: Produce variaciones no deseadas en las variables de salida de un sistema.

Modelado de Sistemas

• De un mismo proceso se pueden obtener distintos modelos, según el propósito o la aplicación.

• El proceso de validación: Se debe realizar siempre para asegurar la fiabilidad del modelo o sistema.

• El punto de funcionamiento: Se refiere a las condiciones de operación en régimen permanente y a las variables de equilibrio.

• Las ecuaciones de balance se emplean para modelar: Todo tipo de sistemas físicos, químicos o biológicos.

• Linealizar un sistema significa: Obtener una aproximación lineal de su comportamiento alrededor de un punto de funcionamiento, facilitando su análisis.

• Un modelo dinámico obtenido por balance térmico: Describe la variación de la energía o temperatura en el sistema a lo largo del tiempo.

• Un proceso tiene: Múltiples modelos posibles, dependiendo del nivel de detalle y el propósito del modelado.

Funciones de Transferencia y Laplace

• En la función de transferencia y(s)/u(s)=G(s), las variables y(s) y u(s) representan, en el dominio de Laplace: Variaciones respecto a sus valores de equilibrio.

• La ganancia estática de una función de transferencia G(s): Se calcula como G(0) y representa la relación entre la salida y la entrada en régimen permanente.

• La transformada de Laplace: Se utiliza para resolver ecuaciones diferenciales y para simplificar el estudio de sistemas dinámicos en el dominio de la frecuencia compleja.

• Las ecuaciones diferenciales se pueden resolver: Analíticamente y numéricamente.

• Los diagramas de bloques: Se utilizan principalmente con sistemas lineales, aunque pueden representar bloques no lineales.

• Un sistema lineal: Cumple con el principio de superposición y el de homogeneidad.

Estabilidad y Rendimiento de Sistemas

Criterios de Estabilidad (Routh)

• Una afirmación correcta sobre la estabilidad es: Si al menos un polo tiene parte real positiva, el sistema es inestable.

• El criterio de Routh permite: Determinar la estabilidad de un sistema y el número de polos con parte real positiva.

• El número de cambios de signo en la primera columna de la tabla de Routh proporciona: El número de polos inestables (con parte real positiva).

• La tabla de Routh: Se puede utilizar para determinar la estabilidad de sistemas lineales sin necesidad de calcular las raíces del polinomio característico.

Análisis de Estabilidad en Bucle Cerrado

• Para estudiar la estabilidad del bucle cerrado: Se deben analizar las raíces del polinomio característico de la ecuación de lazo cerrado (los polos del sistema en lazo cerrado).

• Un bucle cerrado de control es estable: Cuando todas las raíces de su ecuación característica (polos) tienen parte real negativa.

Coeficiente de Amortiguamiento y Respuesta Transitoria

• El coeficiente de amortiguamiento: Debe ser positivo para que el sistema sea estable.

• El factor de amortiguamiento determina: La rapidez de la respuesta transitoria y el nivel de oscilación.

• La respuesta ante una entrada escalón en un sistema de segundo orden subamortiguado: Será siempre oscilatoria hasta alcanzar el régimen permanente.

• Si en un sistema de segundo orden el coeficiente de amortiguamiento es la unidad (ζ=1): El sistema será estable y críticamente amortiguado, sin oscilaciones.

• Un sistema de segundo orden con coeficiente de amortiguamiento mayor que 1 (ζ>1): Tendrá una respuesta sobreamortiguada, sin oscilaciones y más lenta que la críticamente amortiguada.

• Se dice que un sistema alcanza el régimen permanente: Cuando todas sus variables de estado y de salida se estabilizan y dejan de cambiar significativamente con el tiempo.

• Si dos sistemas de primer orden tienen distintos retardos: La principal diferencia se observará en el régimen transitorio, afectando el tiempo de establecimiento.

Errores en Régimen Permanente

• El error de posición: Ninguna de las opciones dadas.

• El error de velocidad de un sistema: Se relaciona con el tiempo que transcurre hasta alcanzar el régimen permanente.

• La integral del error absoluto (IAE): Es un criterio de rendimiento utilizado para evaluar la calidad de la respuesta de un sistema, junto con otros criterios como el ITAE o ITSE.

• ¿Para qué sirven el ratio de decadencia (IE) y el IAE (Integral of Absolute Error)?: Ambos son criterios de rendimiento utilizados para evaluar la calidad de la respuesta transitoria de un sistema.

• Para eliminar el error de velocidad en régimen permanente: Se necesita que el sistema de lazo abierto sea de tipo 2 o superior.

• Para eliminar el error de posición en régimen permanente: Dependerá del tipo de sistema; un sistema de tipo 1 o superior lo elimina para una entrada escalón.

• El teorema del valor final: Se utiliza para determinar el valor en régimen permanente de una señal y para verificar la estabilidad del sistema.

Controladores y Acciones de Control

Acción Derivativa (PD)

• En un controlador, ¿cuándo se debe utilizar la acción derivativa?: Ninguna de las opciones dadas.

• La acción derivativa de un controlador de tipo PD: Amplifica el ruido de alta frecuencia.

• La acción derivativa se usa cuando: Queremos disminuir la sobreoscilación y mejorar la respuesta transitoria.

• Un controlador de tipo PD con tiempo derivativo (Td) adecuado: Permite mejorar la velocidad de respuesta y reducir la sobreoscilación.

Acción Integral (PI)

• La acción integral: Actuará siempre que exista un error en el sistema, eliminando el error en régimen permanente.

• Para que un sistema controlado por un PI tenga un tiempo de establecimiento corto: Habrá que ajustar los parámetros del controlador (Kp y Ti) adecuadamente para una respuesta rápida.

Tipos de Sistemas y Automatismos

Sistemas de Primer y Segundo Orden

• Los sistemas de primer orden: Pueden ser estables o inestables, y su respuesta no es estática.

• Un sistema de primer orden G1 es más rápido que G2 si: El polo de G1 en el plano complejo 's' está más a la izquierda (es decir, tiene una parte real negativa de mayor magnitud) que el polo de G2.

• Un sistema de primer orden: Ninguna de las opciones dadas.

• Un sistema de segundo orden: Ninguna de las respuestas dadas.

• Un sistema de tipo 3: Tiene al menos 3 polos en el origen (s=0) en su función de transferencia de lazo abierto.

Automatismos y GRAFCET

• En un GRAFCET, los trazos paralelos se utilizan: Para representar una convergencia en AND.

• Los automatismos combinacionales son: Aquellos en los que el valor de las salidas en un instante dado depende únicamente del valor de las entradas en ese mismo instante.

• Una transición en un GRAFCET se dispara: Si la etapa o etapas precedentes están activas y la condición asociada a la transición es verdadera.

• Un sensor binario es un elemento: Cuya magnitud de salida es binaria (dos estados), aunque su magnitud de entrada puede ser continua o binaria.

Lógica y Tablas de Verdad

• La función OR se usa: Cuando se requiere que al menos una de varias condiciones sea verdadera para activar una salida.

• Las tablas de verdad: Se usan para diseñar y analizar circuitos lógicos combinacionales.