Presentacion CSM Servomecanismos PDF

CONTROL DE SISTEMAS MECÁNICOS Capitulo SERVOMECANISMOS 01 INTRODUCCIÓN 02 Componentes Principales 03 Modelación Matemática 04 Identificación paramétrica 05 Prototipos control automático 06 Sist...

CONTROL DE SISTEMAS MECÁNICOS Capitulo SERVOMECANISMOS 01 INTRODUCCIÓN 02 Componentes Principales 03 Modelación Matemática 04 Identificación paramétrica 05 Prototipos control automático 06 Sistema de segimiento solar, Control de robots CONTENIDOS 01 INTRODUCCIÓN Introducción Servomecanismos Un servomecanismo es un sistema de control automático que utiliza retroalimentación para alcanzar una posición, velocidad o aceleración deseada. Este sistema consta de un conjunto de componentes que trabajan juntos para regular el comportamiento de un dispositivo o una máquina y se utiliza ampliamente en aplicaciones donde se requiere precisión y control exacto  SERVOMECANISMOS Un servomecanismo está constituido por algún tipo de motor, el cual puede rotar o tener un desplazamiento rectilíneo, sensores de posición y/o velocidad, un mecanismo de realimentación y un controlador el cual permite controlar la posición o la velocidad del motor. El motor puede acoplarse a su carga de manera direc ta o a través de un mecanismo de transmisión.  Identificación Paramétrica La identificación o ajuste de los parámetros del modelo de una planta es un aspecto fundamen tal en la simulación y diseño de controladores. Entre los métodos más conocidos se encuentr a los algoritmos de Mínimos Cuadrados y Gradi ente Otro método propuesto permite identificar la inercia, el coeficiente de fricción viscosa y el coeficiente de fr icción de Coulomb..  Componentes de un servomecanismo 1. Actuador: Puede ser un motor eléctrico, hidráulico o neumático que mueve el dispositivo controlado. 2. Sensor: Mide la posición, velocidad o aceleración del actuador y proporciona retroalimentación al sistema de control. 3. Controlador: Procesa la señal de retroalimentación del sensor y ajusta la señal de control enviada al actuado r para corregir cualquier error entre la posición deseada y la real. 4. Mecanismo de realimentación: Es la parte que recibe la información del sensor y la envía al controlador.  Aplicaciones de Servomecanismos Aplicaciones de Servomecanismos: Robótica: Los servomecanismos son esenciales para controlar los movimientos precisos de los brazos robóti cos. Aeronáutica: Utilizados en sistemas de control de vue lo para mantener la estabilidad y la dirección del avión. Automoción: En los sistemas de dirección asistida y control de motores. Electrónica de consumo: En dispositivos como cámar as para el enfoque automático y en reproductores de di scos para el control de la velocidad de los motores.  Ventajas y desventajas Ventajas de los Servomecanismos: Precisión: Permiten controlar la posición y la velocidad con gran exactitud. Respuesta rápida: Pueden reaccionar rápidamente a cambios en la señal de control. Versatilidad: Se pueden utilizar en una amplia variedad de aplicaciones industriales y tecnológicas. Desventajas de los Servomecanismos: Complejidad: Su diseño y mantenimiento pueden ser complejos. Costo: Pueden ser más costosos que otros sistemas de control más simples debido a la necesidad de sensores y controladores precisos.  Controladores Automáticos Un controlador automático compara la salida real de una planta con la entrada de referencia, determina la desviación y produce una señal de control para reducir dicha desviación. La acción de control es el método mediante el cual el controlador genera esta señal. Un sistema de control industrial consta de un controlador automático, un actuador, una planta y un sensor. El controlador detecta la señal de error, la amplifica y envía la salida al actuador, que produce la entrada para la planta, acercando la salida a la referencia deseada.  Clasificación de los controladores industriales 1. De dos posiciones o controladores on-off 2. Controladores proporcionales 3. Controladores integrales 4. Controladores proporcionales-integrales 5. Controladores proporcionales-derivativos 6. Controladores proporcionales-integrales-derivativos  Acción de control de dos posiciones o de encendido y apagado (on/off). En un sistema de control de dos posiciones, el elemento de actuación tiene solo dos posiciones fijas, generalmente encendido y apagado. Este control es simple y económico, por lo que se usa ampliamente en sistemas industriales y domésticos. La señal de salida del controlador, u(t), se mantiene en un valor máximo o mínimo según si la señal de error, e(t), es positiva o negativa. Acción de control de dos posiciones o de encendido y apagado (on/off). En el sistema de control de nivel de líquido de la Figura (a), se utiliza una válvula electromagnética (Figura (b)) para controlar el flujo de entrada, abriéndose o cerrándose. Con este control de dos posiciones, el flujo de entrada del agua es una constante positiva o cero. La señal de salida se mueve continuamente entre los dos límites requeridos, haciendo que el elemento de actuación cambie entre las dos posiciones fijas. La curva de salida sigue una de dos curvas exponenciales.  Acción de control proporcional Para un controlador con acción de control proporcional, la relación entre la salida del controlador u(t) y la señal de error e(t) es: o bien, en cantidades transformadas por el método de Laplace, donde Kp se considera la ganancia proporcional. Cualquiera que sea el mecanismo real y la forma de la potencia de operación, el controla dor proporcional es, en esencia, un amplificador con una ganancia ajustable.  Acción de control integral. En un controlador con acción de control integral, el valor de la salida del controlador u(t) se cambia a una razón proporcional a la señal de error e(t). Es decir, O bien donde Ki es una constante ajustable. La función de transferencia del controlador integral es 15  Acción de control proporcional-integral (PI) La acción de control de un controlador proporcional-integral (PI) se define mediante o la función de transferencia del controlador es donde Ti se denomina tiempo integral.  Acción de control proporcional-derivativa. La acción de control de un controlador proporcional-derivativa (PD) se define mediante y la función de transferencia es donde Td es el tiempo derivativo  Acción de control proporcional-integral-derivativa La combinación de la acción de control proporcional, la acción de control integral y la acción de control derivativa se denomina acción de control proporcional-integral-derivativa. Esta acción combinada tiene las ventajas de cada una de las tres acciones de control individuales. La ecuación de un controlador con esta acción combinada está dada por: o la función de transferencia es donde Kp es la ganancia proporcional, Ti es el tiempo integral y Td es el tiempo derivativo El diagrama de bloques de un controlador proporcional-integral-derivativo aparece en la Figura  Un sistema en lazo cerrado sujeto a una perturbación La Figura 2-11 muestra un sistema en lazo cerrado con una perturbación. En un sistema lineal con dos entradas (entrada de referencia y perturbación), cada entrada puede tratarse de forma independiente, y las salidas correspondientes a cada una se suman para obtener la salida completa La introducción de cada entrada en el sistema se indica en el punto de suma con un signo más o menos.  Un sistema en lazo cerrado sujeto a una perturbación La respuesta a la aplicación simultánea de la entrada de referencia y la perturbación se obtiene sumando las dos respuestas individuales. En otras palabras, la respuesta C(s) producida por la aplicación simultánea de la entrada de referencia R(s) y la perturbación D(s) se obtiene mediante  Un sistema en lazo cerrado sujeto a una perturbación Considérese el sistema que se muestra en la Figura 2-11. Al examinar el efecto de la perturbación D(s), podemo s suponer que el sistema está inicialmente relajado, con un error cero; después se puede calcular la respuesta CD(s) sólo para la perturbación. Esta respuesta se encuentra a partir de Por otra parte, si se considera la respuesta a la entrada de referencia R(s), se puede suponer que la perturbación es cero. Entonces, la respuesta CR(s) a la entrada de referencia R(s) se obtiene a partir de  Acción de control proporcional-integral-derivativa La respuesta a la aplicación simultánea de la entrada de referencia y la perturbación se obtiene sumando las dos respuestas individuales. En otras palabras, la respuesta C(s) producida por la aplicación simultánea de la entrada de referencia R(s) y la perturbación D(s) se obtiene mediante Cuando 𝐺1(𝑠)𝐻(𝑠) y 𝐺1(𝑠)𝐺2(𝑠)𝐻(𝑠) son grandes, la función de transferencia en lazo cerrado 𝐶𝐷(𝑠)/𝐷(𝑠) se acerca a cero, suprimiendo el efecto de la perturbación, lo cual es una ventaja del sistema en lazo cerrado. Además, la función de transferencia en lazo cerrado 𝐶𝑅(𝑠)/𝑅(𝑠) se aproxima a 1/𝐻(𝑠) a medida que aumenta la ganancia de 𝐺1 𝑠 𝐺2 𝑠𝐻 𝑠 Esto significa que 𝐶𝑅(𝑠)/𝑅(𝑠) se vuelve independiente de 𝐺1(𝑠) 𝑦 𝐺2(𝑠) y es inversamente proporcional a 𝐻(𝑠), por lo que las variaciones en 𝐺1(𝑠) 𝑦 𝐺2(𝑠) no afectan la función de transferencia en lazo cerrado 𝐶𝑅(𝑠)/𝑅(𝑠). En un sistema en lazo cerrado con realimentación unitaria 𝐻 𝑠 ≈ 1 , la entrada y la salida tienden a igualarse. GRACIAS