Glosario de Control e Instrumentación

UNIVERSIDAD DEL
NORTE
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
GLOSARIO DE TERMINOS.
Ing. Nicolás Gonzales Fonseca.

Alm. Juan Antonio Moreno García
GLOSARIO DE CONTROL E INSTRUMENTACIÓN
TERMINOS DEL CURSO:

A. SECCION 1 MODELADO Y DIAGRAMAS A BLOQUES
1. Diagrama a Bloques: Es una representación gráfica de las funciones que lleva a cabo
un componente en un sistema y el flujo de las señales.
2. ¿Qué se entiende por controlar?: Significa medir el valor de la variable del sistema y
aplicar la variable manipulada para corregir o limitar la desviación.
3. Perturbación: es una señal que tiene a afectar negativamente el valor de la salida de
un sistema.
4. Hazen: Introdujo el término servomecanismos para los sistemas de control de
posición, analizó el diseño del servomecanismo con relé, capaces de seguir con
precisión una entrada cambiante.
5. Sistema robusto: Tipo de sistema de control diseñado basado en la suposición que
existe una incertidumbre o error entre la planta real y su modelo matemático e incluye
dicha incertidumbre o error en el proceso de diseño del sistema de control.
6. Función de trasferencia: Se define como el cociente entre la transformada de Laplace
de la salida y la transformada de Laplace de la entrada bajo la suposición de que todas
las condiciones iniciales son cero.
L [ Señal de salida ]
G ( s )= ⃒ 󠆂condiciones iniciales cero .
L [ Señalde entrada ]
7. Sistema retroalimentado: Tipo sistema que mantiene una relación determinada entre
la salida y la entrada de referencia, comparándolas y usando la diferencia como medio
de control.
8. Sistemas lineales variantes en el tiempo: Sistemas que se representan mediante
ecuaciones diferenciales cuyos coeficientes son funciones del tiempo, donde se
cumple el principio de superposición.
9. Integral de convolución: Para un sistema lineal e invariante en el tiempo, la función de
Y ( s)
transferencia G(s) es: G ( s )=
X (s)
10. ¿Qué es un modelo matemático?: Es la representación matemática por medio de
ecuaciones de un sistema de control físico, mecánico, eléctrico, electrónico etc.
11. Variable controlada: Representa en un sistema la cantidad o condición que se mide y
controla.
12. ¿Bajo qué condiciones se dice que un sistema es lineal?: este principio se determina
cuando la respuesta simultanea de dos funciones de entradas diferentes es la suma de
las dos respuestas individuales.
13. ¿Cuáles son las leyes que gobiernan los circuitos eléctricos?: Las leyes de corriente y
voltaje de Kirchhoff.
14. Convolución: Operación matemática en el dominio del tiempo equivalente a una
multiplicación en el dominio complejo (Laplace).
15. Realizo el primer regulador de velocidad centrífugo, el cual es considerado el primer
trabajo significativo en control automático. : James Watt
16. Sistemas de control en Lazo Abierto: Los sistemas en los cuales la salida no tiene
efecto sobre la acción de control se denominan sistemas de control en lazo abierto.
17. Sistemas de control en Lazo cerrado: un sistema de control en lazo cerrado, se
alimenta al controlador la señal de error de actuación, que es la diferencia entre la
señal de entrada y la señal de realimentación (que puede ser la propia señal de salida
o una función de la señal de salida y sus derivadas y/o integrales), con el fin de reducir
el error y llevar la salida del sistema a un valor deseado.
B. SECCION 2 ANALISIS DE RESPUESTA EN SISTEMAS DE SEGUNDO ORDEN

1. Error en estado estacionario (Ess): Ocurre cuando la salida de un sistema de
control no coincide con exactamente con la señal de referencia, lo cual es un
indicativo de la precisión del sistema.
2. Estado Estacionario: Parte de la respuesta de un sistema de control en el tiempo
que abarca el comportamiento de la salida conforme el tiempo tiende a infinito.
3. ¿Cuáles son las señales de prueba que se usan regularmente?: Escalón, rampa,
parábola, o impulso unitario.
4. Respuesta transitoria: Sección de la respuesta en el tiempo de un sistema de
control que se refiere a lo que ocurre desde el estado inicial al estado final.
5. Tiempo Pico: Es el tiempo requerido para que la respuesta alcance el primer pico
de sobreelongación.
6. En un sistema de control de segundo orden, ¿qué es el tiempo de asentamiento
del sistema?: Es el tiempo que se requiere para que la curva de respuesta alcance
un rango de alrededor del valor final del tamaño especificado por el porcentaje
absoluto.
7. ¿Cuándo se considera que un sistema de control es inestable?: inestable es
cuando la salida se incrementa indefinidamente.
8. Equilibrio: Ocurre cuando en el sistema, en ausencia de cualquier perturbación o
entrada, la salida permanece en el mismo estado.
9. Estabilidad Absoluta: Es la característica más importante del comportamiento
dinámico de un sistema de control, es decir, si el sistema es estable o inestable.
10. Es una consideración práctica para sistemas de primer orden, la cuál indica
cuando se alcanza el estado estacionario ante una entrada escalón unitario.
t=≥ 4 T
11. Caso críticamente amortiguado: Caso que ocurre entre las respuestas de un
sistema de segundo orden, donde los dos polos de la función de transferencia del
sistema de control son casi iguales, lo cual da como resultado que:
12. Entrada tipo Rampa: Tipo de entrada que en un sistema de primer orden,
produce un error de estado estacionario igual a la constante de tiempo T.
C. SECCION 3 RESPÚESTA A LA FECUENCIA.
1. ¿Qué es el método del lugar de las raíces?: Método que permite determinar los
polos en lazo cerrado de un sistema para todos los valores de sus parámetros.
2. Diseño un método para encontrar las raíces de la ecuación característica,
utilizado ampliamente en la ingeniería de control.: W.R Evans
3. El criterio de estabilidad de Nyquist: permite averiguar la estabilidad relativa y
absoluta de los sistemas lineales en lazo cerrado a partir del conocimiento de sus
características de frecuencia en lazo abierto.
4. Configuración Serie: Tipo de configuración en la que el compensador se coloca en
serie con la planta.
5. Tipos compensadores: los que más se utilizan son los compensadores de
adelanto, los de retardo, los de retardo-adelanto y los de realimentación de
velocidad también llamados tacómetros.
6. Red de retardo: Si la salida de un compensador en estado estacionario tiene un
retardo de fase.
7. En el contexto de teoría de control, ¿qué se entiende por el estudio de la
respuesta a la frecuencia?: Se hace referencia a un sistema estacionario a una
entrada sinusoidal, la frecuencia de la señal de entrada se varia en un cierto rango.
8. Compensadores de adelanto, de retardo y de retardo-adelanto pueden ser
dispositivos electrónicos, como:
Circuitos que usen amplificadores operacionales) o redes RC (eléctricas,
mecánicas, neumáticas, hidráulico o una combinación de ellas) y amplificadores.
9. En una red de retardo-adelanto, ocurren tanto un retardo de fase como un
adelanto de fase en la salida, pero en diferentes regiones de frecuencia; el
retardo de fase se produce en la región de baja frecuencia y el adelanto de fase
en la región de alta frecuencia.
10. Es la ubicación en el plano-s que deben tener los polos en un sistema estable.
En el semiplano izquierdo.
11. Es la forma como se estabiliza un lazo interno con retroalimentación positiva. :
Mediante un lazo externo.
12. Con el término respuesta en frecuencia, se quiere hacer referencia a la respuesta
de un sistema en estado estacionario a una entrada sinusoidal.
13. Compensación de un sistema de control.: Se reduce al diseño de un filtro cuyas
características tienden a compensar las características no deseables e inalterables
de la planta.
14. Compensador que requiere un menor número de componentes en su
implementación, siempre y cuando se tenga una señal adecuada.: Paralelo.
15. Diseño por lugar de las raíces.
Se basa en redibujar el lugar de las raíces del sistema añadiendo polos y ceros a la
función de transferencia en lazo abierto del sistema y hacer que el lugar de las
raíces pase por los polos en lazo cerrado deseados en el plano-s.
D. SECCION 4. CONTROL PID.
1. Sintonía del controlador: Es el proceso de seleccionar los parámetros del controlador que
cumplan con las especificaciones de comportamiento dadas.
2. Reglas de Ziegler-Nichols para sintonizar controladores PID:
Primer metodo.-
la respuesta de la planta a una entrada escalón unitario
se obtiene de manera experimental, tal como se muestra en la Figura 8-2. Si la planta no
contiene integradores ni polos dominantes complejos conjugados, la curva de respuesta
escalón
unitario puede tener forma de S, como se observa en la Figura 8-3. Este método se puede
aplicar
si la respuesta muestra una curva con forma de S. Tales curvas de respuesta escalón se pueden
generar experimentalmente o a partir de una simulación dinámica de la planta.
La curva con forma de S se caracteriza por dos parámetros: el tiempo de retardo L y la
constante
de tiempo T. El tiempo de retardo y la constante de tiempo se determinan dibujando una
recta tangente en el punto de inflexión de la curva con forma de S y determinando las
intersecciones
de esta tangente con el eje del tiempo y con la línea c(t)%K, tal como se muestra en la
Figura 8-2. Respuesta a un escalón unitario de una planta.

Figura 8-3. Curva de respuesta en forma de S.
Tabla 8-1. Regla de sintonía de Ziegler-Nichols basada en la respuesta escalón de la planta (primer
método).
Figura 8-3. En este caso, la función de transferencia C(s)/U(s) se aproxima mediante un sistema
de primer orden con un retardo del modo siguiente:
Ziegler y Nichols sugirieron establecer los valores de Kp, Ti y Td de acuerdo con la fórmula quese
muestra en la Tabla 8-1.
Obsérvese que el controlador PID sintonizado mediante el primer método de las reglas de Ziegler-
Nichols produce:
Por tanto, el controlador PID tiene un polo en el origen y un cero doble en s%.1/L.
Segundo método.
En el segundo método, primero se fija Ti=ꝏ y Td=0. Usando sólo la acción de control proporcional
(véase la Figura 8-4), se incrementa Kp desde 0 hasta un valor crítico Kcr, en donde la salida
presente oscilaciones sostenidas. (Si la salida no presenta oscilaciones sostenidas para cualquier
valor que pueda tomar Kp, entonces este método no se puede aplicar.) Así, la ganancia crítica Kcr y
el periodo Pcr correspondiente se determinan experimental-
Figura 8-4. Sistema en lazo cerrado con un controlador proporcional
Figura 8-5. Oscilación sostenida con periodo Pcr (Pcr se mide en seg.).
mente (véase la Figura 8-5). Ziegler-Nichols sugirieron que se establecieran los valores de los
parámetros Kp, Ti y Td de acuerdo con la fórmula que se muestra en la Tabla 8-2.
Tabla 8-2. Regla de sintonía de Ziegler-Nichols basada en la ganancia crítica Kcr y periodo
crítico Pcr (segundo método).
Obsérvese que el controlador PID sintonizado mediante el segundo método de las reglas de
Ziegler-Nichols produce:
Por tanto, el controlador PID tiene un polo en el origen y un cero doble en s%.4/Pcr. Conviene
darse cuenta de que, si el sistema tiene un modelo matemático conocido (como la función de
transferencia), entonces se puede emplear el método del lugar de las raíces para encontrar la
ganancia crítica Kcr y las frecuencias de las oscilaciones sostenidas ucr, donde 2n/ucr%Pcr. Estos
valores se pueden determinar a partir de los puntos de cruce de las ramas del lugar de las raíces
con el eje ju. (Obviamente, si las ramas del lugar de las raíces no cortan al eje ju este método no se
puede aplicar.)

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B. SECCION 2 ANALISIS DE RESPUESTA EN SISTEMAS DE SEGUNDO ORDEN

C. SECCION 3 RESPÚESTA A LA FECUENCIA.

D. SECCION 4. CONTROL PID.

Figura 8-2. Respuesta a un escalón unitario de una planta.

de primer orden con un retardo del modo siguiente:

Figura 8-4. Sistema en lazo cerrado con un controlador proporcional

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