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Libro de teoría básica y prácticas interactivas con PC
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Teoría básica y prácticas con PC de Control automático de procesos industriales y sistemas controlados. |
Portada del libro
Tamaño real: 17×24×3,4 cm
Páginas: 620 ⋅ Figuras: 192 Prácticas interactivas: 56 (con centenares de ensayos)
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Las prácticas se realizan mediante el programa de simulación ControlP. Es gratuito.
ControlP es un programa didáctico de simulación
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Nunca se precisa efectuar ningún diseño gráfico
o composición ni ningún tipo de programación. |
Sinopsis del libro
Teoría básica de Control automático de procesos industriales y sistemas controlados.
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Este tratado ofrece la ventaja de que no es imprescindible el seguimiento de las demostraciones y cálculos matemáticos. No se pierde el "hilo", porque las conclusiones –que es lo más importante– se exponen de manera muy clara y autosuficiente, con numerosos ejemplos mediante las prácticas interactivas con PC. Ello permite un avance muy rápido para quien no desee entrar con algo más de detalle en el estudio y análisis de los razonamientos matemáticos.
No obstante, el tratamiento matemático utilizado en el libro es muy llano, sin grandes disquisiciones matemáticas ni teóricas, que no siempre interesan demasiado al lector, dado el notable esfuerzo y tiempo que ello requiere. |
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Índice del libro / Contenido
Capítulos: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Apéndices: A-1 A-2 A-3 A-4 Anexos: 1
1 Introducción
1.1 Concepto de sistema
2 La transformada de Laplace1.2 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
2.1 Qué es y para qué sirve
3 Variables y parámetros2.2 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
3.1 Es necesario tipificar
4 Elementos básicos3.2 Variables Potencial o fuerza impulsora Flujo o corriente Carga o cantidad 3.3 Parámetros Resistencia y conductancia Capacidad Inertancia 3.4 Analogías
4.1 Formas o funciones elementales de excitación
5 Respuesta temporal de los componentes básicos4.1.1 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
4.2.9 Elemento tiempo muerto4.2.8.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 4.2.10 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
5.1 Sistemática de cálculo
6 Respuesta frecuencial de los componentes básicos5.1.1 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
5.4 Respuesta de un bloque tiempo muertoCaso 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 Práctica 5.11 5.5 Respuesta de un bloque adelanto-retardo
5.5.1 Respuesta indicial
5.6 Respuesta de un bloque anticipativoCaso 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 5.6.1 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
6.1 Conceptos de base
7 Control automático en lazo cerrado
6.1.1 El decibelio
6.2 Respuesta frecuencial6.1.2 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 6.2.1 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
6.4.12 Controlador integralPráctica 6.12 Práctica 6.13
7.1 Realimentación
8 Control en lazo cerrado simple7.2 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
8.1 Aplicación
9 Controles complejos en lazo cerrado8.2 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
8.3.2 Control proporcionalde transferencia en lazo cerrado
de un proceso retardo de primer orden
8.3.3 Control proporcional de un procesoRespuesta frente a cambios en el punto de consigna Práctica 8.2 Respuesta frente a perturbaciones Práctica 8.3
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
8.4 Efecto de un retardo de tiempo en la medidaformado 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 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
8.6 Efecto de las alinealidades en un sistemaPráctica 8.17 Práctica 8.18
9.1 Control en cascada
Apéndices
Práctica 9.1
9.1.1 Predicción de la desviación permanentePráctica 9.2 Práctica 9.3 9.2 Control en adelanto 9.2.1 Ecuaciones del control en adelanto
Práctica 9.4 Práctica 9.5
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
2 Instalación del programa1.2 Notas sobre la resolución de pantalla
2.1 Obtención del fichero para la instalación
3 Arranque del programa
2.2 Modos de instalación
Instalación manual
2.3 Uso del programaInstalación automática 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
5.3.2 Menú TemporalDiagrama 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
a) Para Componentes básicos
5.3.3 Menú Cambios
Impulso
b) Para Lazos de controlEscalón Rampa
Escalón condiciones iniciales Rampas programadas
Parámetros del componente
5.3.4 Menú MiscelánLímites 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)
Borrar pantalla
5.4 Otros menúsVista anterior Ver Diagrama de bloques Ver parámetros de los bloques activos (Lazos de c.) Hacer nulos los bloques (Lazos de control) 5.4.1 Menú Archivo
Opciones de guardar y cargar configuraciones
5.4.2 Menú Menú generalImprimir Preferencias 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
8 Misceláneos.7.2 Ficheros generados por el usuario Peculiaridades de un programa de simulación
8.1 Generalidades
¡ PRECAUCIÓN ! en un proceso real8.2 Tiempo muerto virtual oculto en el sistema 8.3 El problema de las variables discontinuas |
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