Fundamentos Esenciales de Sistemas de Control y Medición Industrial

Conceptos Fundamentales en Sistemas de Control

Elementos de un Diagrama de Bloques

• Bloque: Representa una operación matemática o un componente del sistema.
• Flecha: Indica la dirección del flujo de la señal.
• Punto de Suma o Resta: Combina o resta señales de entrada.
• Punto de Bifurcación: Divide una señal para enviarla a múltiples puntos.

Diagrama de Bode

Es la representación en escala logarítmica de la relación de amplitudes o del ángulo de fase en función de la frecuencia f, medida en Hz, o en función de la pulsación ω, medida en rad/s.

Diagrama de Bode de Frecuencia

Permite obtener la evolución de la respuesta en frecuencia de un sistema definido por una función de transferencia, para un determinado rango de frecuencias. Se representan dos curvas en función de la frecuencia o de la pulsación a partir de las asíntotas del módulo y del argumento.

Respuesta en Frecuencia de un Sistema

Es la respuesta que se obtiene de un sistema estable en estado estacionario (E.E.) ante una perturbación de entrada sinusoidal. La respuesta oscila con la misma frecuencia (ω), pero atenuada por un factor y desfasada por un ángulo.

Parámetros de Sistemas de Control

Parámetros de un Sistema de Segundo Orden

• Tp (Constante de Tiempo): Indica la velocidad de respuesta del sistema.
• Kp (Ganancia): Representa la relación entre la salida y la entrada en estado estacionario.
• ε (Coeficiente de Amortiguamiento): Determina la naturaleza de la respuesta transitoria (subamortiguada, críticamente amortiguada, sobreamortiguada).

Parámetros de un Sistema de Primer Orden

En un sistema de primer orden, los parámetros clave son la ganancia (Kp) y la constante de tiempo (Tp).

Presiones en Manómetros en U

Un tubo en U se utiliza para medir presiones:

• Rama Cerrada: Mide la presión absoluta.
• Rama Abierta: Mide la presión diferencial.

Ecuación Característica

Es la factorización en función de los polos y ceros de la función de transferencia. Se obtiene igualando a cero la función característica, que es el denominador de la función de transferencia. A partir de ella, se determinan las características de estabilidad de un lazo cerrado.

Estrategias de Control: Feedback y Feedforward

• Control Feedforward (FFW): Necesita conocer las funciones de transferencia del proceso y de la perturbación. Corrige la perturbación antes de que esta afecte al sistema.
• Control Feedback (FB): No requiere conocer las funciones de transferencia de la perturbación. El control de la perturbación es a posteriori, es decir, actúa una vez que la perturbación ya ha afectado al sistema (requiere la existencia de una perturbación para actuar).

Sensores de Temperatura

• DTR (Detectores de Temperatura Resistivos): Se basan en la variación de la resistencia con la temperatura, a partir de una relación lineal.
• Termistores: Sensores o sondas para medir la temperatura, compuestos por metales semiconductores (óxidos metálicos). La variación de la resistencia con la temperatura no es lineal. Pueden ser NTC (coeficiente de temperatura negativo) o PTC (coeficiente de temperatura positivo).
• Termopares: Basados en la variación de voltaje con la temperatura de metales distintos unidos por sus extremos (efecto Seebeck).