Control automático de procesos industriales : con prácticas de simulación y análisis por ordenador PC /
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Libro |
| Lenguaje: | español |
| Publicado: |
Madrid :
Díaz de Santos,
2014.
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| Materias: | |
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Tabla de Contenidos:
- 1 Introducción 1.1 Concepto de sistema 1.2 Concepto de bloque 1.3 Diagrama de bloques 1.4 Función de transferencia o transmitancia 1.5 Sistema controlado 1.6 Control manual en lazo cerrado 1.7 Control automático en lazo cerrado 1.8 Cambios de carga y perturbaciones 1.9 Realimentación 1.10 Álgebra de bloques 1.10.1 Reglas algebraicas 2 La transformada de Laplace 2.1 Qué es y para qué sirve 2.2 Propiedades y teoremas de la transformada de Laplace 2.2.1 Enumeración de las propiedades y teoremas 2.2.2 Aplicación del teorema de la derivación real 2.2.3 Antitransformada de fracciones impropias 2.3 Transmitancia operacional 2.4 Transformación de ecuaciones diferenciales 2.5 Ejemplos de cálculo 2.5.1 Cálculo con condiciones iniciales 2.6 Conversión de una función laplaciana en una ecuación diferencial 3 Variables y parámetros 3.1 Es necesario tipificar 3.2 Variables Potencial o fuerza impulsora Flujo o corriente Carga o cantidad 3.3 Parámetros Resistencia y conductancia Capacidad Inertancia 3.4 Analogías 4 Elementos básicos 4.1 Formas o funciones elementales de excitación 4.1.1 Escalón unitario 4.1.2 Impulso unitario 4.1.3 Rampa unitaria 4.1.4 Función senoidal 4.2 Componentes básicos de un sistema controlado 4.2.1 Componentes activos 4.2.2 Elementos de primer orden 4.2.3 Retardo de primer orden resistencia capacidad 4.2.4 Retardo de primer orden resistencia inertancia 4.2.5 Estudio de elementos retardo de primer orden. Metodología de cálculo 4.2.5.a Filtro R-C 4.2.5.b Elemento bulbo de temperatura 4.2.5.c Concentración en un tanque agitado 4.2.5.d Temperatura en un tanque agitado 4.2.5.e Reacción de primer orden 4.2.5.f Nivel de un tanque con restricción de descarga. Linealización de funciones de nivel 4.2.5.g Recipiente con gas a presión provisto de una restricción. Linealización de funciones de sistemas con gases a presión 4.2.5.h Recipiente con gas a presión con dos restricciones 4.2.6 Elemento capacidad pura o integrador 4.2.6.a Nivel en tanque con salida constante 4.2.6.b Masa aislada provista de caldeo eléctrico 4.2.6.c Pistón hidráulico 4.2.7 Elementos ajustables 4.2.7.a Ganancia ajustable. Multiplicador 4.2.7.b Reostato o potenciómetro 4.2.7.c Válvula de control 4.2.7.d Bomba centrífuga 4.2.8 Elementos de segundo orden 4.2.8.a Circuito eléctrico R-L-C serie 4.2.8.b Masa suspendida de un resorte con amortiguación 4.2.8.c Sismógrafo 4.2.8.d Acelerómetro 4.2.8.e Dos retardos de primer orden en serie 4.2.8.f Dos sistemas de nivel conectados en serie 4.2.8.g Dos filtros R-C conectados en serie 4.2.8.h Bulbo de temperatura con vaina 4.2.8.i Tanque encamisado 4.2.8.j Dos tanques a presión en serie 4.2.9 Elemento tiempo muerto 4.2.10 Elemento adelanto-retardo (lead-lag) 4.2.11 Elemento anticipativo 4.2.12 Controladores 4.2.12.a Proporcional (P) Banda proporcional Ganancia Desviación permanente Reajuste manual Ecuación del controlador 4.2.12.b Integral (I) Ecuación del controlador Transmitancia operacional 4.2.12.c Proporcional-integral (PI) Acción integral Velocidad de reajuste Repeticiones por minuto Tiempo integral Ecuación del controlador 4.2.12.d Proporcional-derivativo (PD) Acción derivativa Tiempo derivativo Ecuación del controlador 4.2.12.e Proporcional-integral-derivativo (PID) Ecuación del controlador Transmitancia operacional Ejecuciones especiales Nota sobre la señal de error o desviación 5 Respuesta temporal de los componentes básicos 5.1 Sistemática de cálculo 5.1.1 Respuesta al impulso 5.1.2 Respuesta al escalón unitario 5.1.3 Respuesta a la rampa unitaria 5.2 Respuesta de un retardo de primer orden 5.2.1 Respuesta indicial Práctica 5.1 Práctica 5.2 5.2.2 Respuesta impulsiva Práctica 5.3 Práctica 5.4 5.2.3 Respuesta a la rampa Práctica 5.5 5.3 Respuesta de un retardo de segundo orden 5.3.1 Respuesta indicial Caso subamortiguado Caso oscilatorio puro Caso sobreamortiguado Caso críticamente amortiguado Práctica 5.6 Práctica 5.7 Práctica 5.8 5.3.2 Respuesta impulsiva Caso subamortiguado Caso oscilatorio puro Caso sobreamortiguado Caso críticamente amortiguado Práctica 5.9 5.3.3 Respuesta a la rampa Caso subamortiguado Caso oscilatorio puro Caso sobreamortiguado Caso críticamente amortiguado Práctica 5.10 5.4 Respuesta de un bloque tiempo muerto Práctica 5.11 5.5 Respuesta de un bloque adelanto-retardo 5.5.1 Respuesta indicial Caso adelanto Caso retardo Práctica 5.12 Práctica 5.13 5.5.2 Respuesta impulsiva Práctica 5.14 5.5.3 Respuesta a la rampa Práctica 5.15 5.6 Respuesta de un bloque anticipativo 5.6.1 Respuesta indicial 5.6.2 Respuesta impulsiva 5.6.3 Respuesta a la rampa Práctica 5.16 5.7 Respuesta de un controlador P+D 5.7.1 Respuesta indicial 5.7.2 Respuesta a la rampa Práctica 5.17 5.8 Respuesta de un controlador P+I 5.8.1 Respuesta indicial Práctica 5.18 5.8.2 Respuesta a la rampa Práctica 5.19 5.9 Respuesta de un controlador P+I+D 5.9.1 Respuesta indicial 5.9.2 Respuesta a la rampa Práctica 5.20 5.10 Respuesta de un controlador integral Nota sobre representación gráfica de impulsos 6 Respuesta frecuencial de los componentes básicos 6.1 Conceptos de base 6.1.1 El decibelio 6.1.2 La octava y la década 6.1.3 Las unidades dB/octava y dB/década 6.1.4 Números complejos y vectores Números complejos conjugados Operaciones con números complejos 6.1.5 Vectores giratorios (fasores). Ondas senoidales 6.2 Respuesta frecuencial 6.2.1 Obtención de la respuesta frecuencial 6.3 Tipos de representaciones gráficas 6.3.1 Diagrama de Bode 6.3.2 Diagrama de Nyquist 6.3.3 Diagrama de Black 6.4 Determinación de la respuesta frecuencial 6.4.1 Módulo K o constante K 6.4.2 Factores del tipo s 6.4.3 Factores del tipo Ts +1 Práctica 6.1 6.4.4 Factores del tipo T 2s2 + 2ζTs +1 Práctica 6.2 Práctica 6.3 Práctica 6.4 6.4.5 Factores del tipo e–Ts (tiempo muerto) Práctica 6.5 6.4.6 Elemento adelanto-retardo (lead-lag) Práctica 6.6 Práctica 6.7 6.4.7 Elemento anticipativo Práctica 6.8 6.4.8 Controlador P 6.4.9 Controlador P+D Práctica 6.9 6.4.10 Controlador P+I Práctica 6.10 6.4.11 Controlador P+I+D Práctica 6.11 Práctica 6.12 Práctica 6.13 6.4.12 Controlador integral 7 Control automático en lazo cerrado 7.1 Realimentación 7.2 Concepto de estabilidad 7.3 Criterios de optimización 7.4 Respuesta frecuencial y estabilidad 7.5 Margen de ganancia y margen de fase. Estabilidad relativa 7.5.1 Margen de ganancia 7.5.2 Margen de fase 7.5.3 Estabilidad relativa 7.6 Interpretación gráfica de los márgenes de ganancia y de fase 7.6.1 Ejemplo de cálculo de los márgenes de ganancia y de fase 7.7 Criterios de estabilidad 7.7.1 Criterio de estabilidad de Nyquist 7.7.2 Criterio de estabilidad de Bode 7.7.3 Ampliación del criterio de estabilidad de Nyquist 7.8 Respuesta frecuencial en lazo cerrado 7.9 Manejo de las perturbaciones 7.10 Estrategias de control 8 Control en lazo cerrado simple 8.1 Aplicación 8.2 Diagrama de bloques Práctica 8.1 8.3 Simulación y análisis de sistemas controlados 8.3.1 Respuesta generalizada de un lazo con perturbación Generalización de las funciones de transferencia en lazo cerrado 8.3.2 Control proporcional de un proceso retardo de primer orden Respuesta frente a cambios en el punto de consigna Práctica 8.2 Respuesta frente a perturbaciones Práctica 8.3 8.3.3 Control proporcional de un proceso formado por dos retardos de primer orden Respuesta frente a cambios en el punto de consigna Práctica 8.4 Respuesta frente a perturbaciones Práctica 8.5 Práctica 8.6 8.3.4 Control proporcional de un proceso formado por tres retardos de primer orden Práctica 8.7 8.3.5 Control en modo integral de un proceso formado por un retardo de primer orden Práctica 8.8 8.3.6 Control proporcional-integral de un proceso formado por un retardo de primer orden Práctica 8.9 8.3.7 Control proporcional-integral de un proceso formado por dos retardos de primer orden Práctica 8.10 8.3.8 Control proporcional-integral de un proceso formado por tres retardos de primer orden Práctica 8.11 8.3.9 Control proporcional-integral-derivativo de un proceso formado por dos retardos de primer orden Práctica 8.12 8.4 Efecto de un retardo de tiempo en la medida Práctica 8.13 8.5 Efecto de un tiempo muerto en un sistema 8.5.1 Efecto del tiempo muerto en la medida Práctica 8.14 8.5.2 Efecto del tiempo muerto en el proceso Práctica 8.15 8.5.3 Mejoras que aporta la acción derivativa Práctica 8.16 Práctica 8.17 8.6 Efecto de las alinealidades en un sistema Práctica 8.18 9 Controles complejos en lazo cerrado 9.1 Control en cascada Práctica 9.1 Práctica 9.2 Práctica 9.3 9.1.1 Predicción de la desviación permanente 9.2 Control en adelanto 9.2.1 Ecuaciones del control en adelanto Práctica 9.4 Práctica 9.5 Apéndices A-1 Tabla de transformadas de Laplace A-2 Escalado de procesos y normalización de variables para el ordenador 1 Introducción 2 Márgenes de operación 3 Normalización de variables 4 Escalado del tiempo 5 Resumen 6 Manejo de los parámetros "Valor de base" 7 Manejo del parámetro "Elevac./Supres. de cero" 8 Manejo del parámetro "Valor de referencia" A-3 Composición de la respuesta temporal de un sistema A-4 Regla de Mason para el cálculo de la transmitancia entre dos puntos de un sistema A-5 Bibliografía Anexo 1 - Guía de manejo del programa 1 Requisitos para uso del programa 1.1 Se requiere 1.2 Notas sobre la resolución de pantalla 2 Instalación del programa 2.1 Obtención del fichero para la instalación 2.2 Modos de instalación Instalación manual Instalación automática 2.3 Uso del programa 3 Arranque del programa 4 Menú principal de Windows Estructura de los menús 5 Descripción de las principales opciones 5.1 Análisis de componentes básicos 5.2 Simulación de lazos de control 5.3 Menús de opciones 5.3.1 Menú Frecuencial Diagrama Real Diagrama de Bode Diagrama de Nyquist Diagrama de Black Todos los diagramas Marcas de frecuencia Frecuencia crítica (resonancia) Frecuencia de cruce de ganancia Frecuencia de pico de resonancia 5.3.2 Menú Temporal a) Para Componentes básicos Impulso Escalón Rampa b) Para Lazos de control Escalón condiciones iniciales Rampas programadas 5.3.3 Menú Cambios Parámetros del componente Límites de las escalas de frecuencia Duración de la respuesta temporal Constantes (Componentes básicos) Programación de las rampas (Lazos de control) Modos (Lazos de control) a) Modo del lazo en la respuesta frecuencial b) Modo de presentación de la respuesta temporal Frecuencia de muestreo (Lazos de control) 5.3.4 Menú Miscelán Borrar pantalla Vista anterior Ver Diagrama de bloques Ver parámetros de los bloques activos (Lazos de c.) Hacer nulos los bloques (Lazos de control) 5.4 Otros menús 5.4.1 Menú Archivo Opciones de guardar y cargar configuraciones Imprimir Preferencias 5.4.2 Menú Menú general 5.4.3 Menús especiales Cambios > Color de fondo Miscelán > Calculador ABACUS Miscelán > Calculadora de Windows Miscelán > Preferencias de trabajo 5.4.4 Menú Información 5.4.5 Menús redundantes 5.4.6 Otras opciones en la ejecución de una Respuesta temporal 6 Control de errores 7 Ficheros del programa 7.1 Ficheros generados en la instalación 7.2 Ficheros generados por el usuario 8 Misceláneos. Peculiaridades de un programa de simulación 8.1 Generalidades 8.2 Tiempo muerto virtual oculto en el sistema 8.3 El problema de las variables discontinuas