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CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS INDUSTRIALES: Con Prácticas de Simulación y Análisis por Ordenador PC - 2ª Edición

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Referencia: Código 06320

DESCRIPCIÓN:

Enero de 2024 - Alfredo Roca Cusido - Rústica - Código 6320

CONTENIDO:

Alfredo Roca Cusido
Enero de 2024 Páginas: 622 2ª edición
Código 6320 ISBN/EAN:9788490525111

CONTENIDO: 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 por ordenador. 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. Se destaca:

Teoría básica de Control automático de procesos industriales y sistemas controlados.
Se analizan los componentes básicos que forman los procesos y los sistemas controlados.
Estudio del control automático en lazo cerrado. Realimentación.
Respuesta temporal y análisis frecuencial.
Estudio de la estabilidad de los sistemas y su optimización.
Ajuste y sintonización de los controladores.
Efecto de las perturbaciones, cambios de carga y cambios en los parámetros de los componentes. Efecto de los tiempos muertos. Efecto de las alinealidades.
Control en lazo cerrado simple. Control en cascada.
Control con compensación en adelanto.
Respuesta frecuencial (diagramas Real, de Bode, de Nyquist y de Black) en lazo abierto y en lazo cerrado. Frecuencias crítica, de cruce de ganancia y de pico de resonancia. Márgenes de ganancia y de fase.
Importantes apéndices. Escalado de procesos.
Composición de la respuesta temporal de un sistema.

PRACTICAS INTERACTIVAS:

Con el apoyo del programa ControlP(*), se efectúan numerosas prácticas interactivas de simulación de control automático de sistemas y procesos reales, en realimentación simple, en control en cascada y en control en adelanto (feedforward), en los que el usuario puede cambiar, modificar y configurar los componentes del sistema así como los valores de sus parámetros.
(*) Es gratuito y se descarga de Internet.

Se ensaya la respuesta temporal de cada sistema o proceso y se efectúa el análisis frecuencial que justifica la respuesta (diagramas Real, de Bode, de Nyquist y de Black), tanto en lazo abierto como en lazo cerrado.

Se ensaya la búsqueda automática de las frecuencias crítica, de cruce de ganancia y de pico de resonancia, facilitando así el cálculo de los márgenes de ganancia y de fase.

Se hace especial hincapié en el análisis de la estabilidad del proceso y en su optimización. Se analiza y ensaya el efecto producido por las perturbaciones, los cambios de carga y los cambios en los parámetros del controlador y de los componentes.

Las perturbaciones por cambios de carga del proceso o por cambios del punto de consigna pueden generarse en escalón, de cualquier magnitud y momento, o según un patrón de rampas programables por tramos, definidas por el usuario.

INDICE EXTRACTADO:

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 T²s²+ 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

¡ PRECAUCIÓN ! en un proceso real

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