TEORÍA DE LOS SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE CONTROL

 

PROGRAMA DE TEORÍA         PROGRAMA DE PRÁCTICAS             BIBLIOGRAFÍA

SISTEMA DE EVALUACIÓN

 

PROGRAMA  DE TEORÍA

Tema 1

INTRODUCCIÓN: CARACTERÍSTICAS Y PROBLEMAS ASOCIADOS AL                                           CONTROL DE PROCESOS QUÍMICOS. 

Requisitos impuestos: Seguridad ; Disposiciones medioambientales ; Especificaciones de los productos ; Restricciones operativas ; Condicionamientos económicos. El Sistema de Control: Control por Realimentación (Feeedback); Control Anticipativo (Feedforward).

Necesidades que ha de satisfacer un Sistema de Control : Supresión de la influencia de perturbaciones externas ; Asegurar la estabilidad de los procesos químicos ; Optimizar el rendimiento económico. Estabilidad de los procesos : Procesos estables o autorregulables.

Procesos inestables. Ejemplo de control de un reactor inestable. Ejemplo de optimización en el funcionamiento de un reactor discontínuo.

 

Tema 2

ALGUNOS ASPECTOS A TENER EN CUENTA EN EL DISEÑO DE   UN SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS.

Clasificación de las variables que afectan a un proceso químico : Variables de entrada y variables de salida. Variables ajustadas y no ajustadas. Variables medidas y no medidas. Definición de los Objetivos de Control. Selección de las variables. La Configuración de Control : Definición de la configuración de control (SISO y MIMO). Tipos de configuraciones de control : por realimentación y anticipativa. Introducción al diseño del Controlador. Leyes elementales del Control : Control Proporcional (P) ; Control Integral (I) ; Control Derivativo (D). Algunos aspectos del control completo de una Planta Química.

 

Tema 3

ELEMENTOS  FÍSICOS  USADOS EN LOS SISTEMAS DE CONTROL.

Equipos e instrumentos de medida o sensores. Transductores. Líneas de transmisión de señales. El Controlador. Elementos finales de control. Dispositivos de visualización y de registro. El ordenador en el control de operaciones y procesos : Control Digital Directo. Control de Supervisión. Simbología de los elementos de un sistema de control.

 

Tema  4

ELEMENTOS Y SISTEMAS. FUNCIONES  DE TRANSFERENCIA.

Transformada de Laplace. Definición de Función de Transferencia. Funciones de transferencia para elementos y sistemas. Funciones de entrada de señales : Función Rampa; Función Escalón ; Función Pulso Unidad ; Función Impulso Unidad. Funciones Respuesta. Elementos : Elemento Ganancia ; Elemento de Primer Orden de Retraso ; Elemento de Segundo Orden de Retraso ; Elemento de Primer Orden de Adelanto ; Elemento de Segundo Orden de Adelanto; Elemento Integrador ; Elemento Diferenciador ; Elemento Tiempo Muerto. Algunos ejemplos de elementos en procesos químicos.

Tema  5

INTRODUCCIÓN AL CONTROL POR REALIMENTACIÓN.

Control en Lazo Abierto y Lazo Cerrado. Etapas de un lazo de control por realimentación. Elementos físicos de un lazo de control por realimentación. Controladores usados en lazos de control por realimentación : Controlador Proporcional (P),Banda Proporcional y Ganancia. Controlador Proporcional-Integral (PI),Tiempo de Reposición , Velocidad de Reposición. Controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID),Tiempo de Acción Derivada.

Tema  6

ANÁLISIS Y DISEÑO DE SISTEMAS DE CONTROL POR REALIMENTACIÓN.

Comportamiento estático y dinámico de un lazo de control por realimentación. Variación de la Carga y del Punto deConsigna. Paso Directo y Paso Inverso. Expresión de la respuesta en lazo cerrado. Funciones de transferencia en lazo cerrado. Problema Servo y Problema Regulador. Respuesta en lazo cerrado para el nivel de un depósito. Respuesta en lazo cerrado para un cambiador de calor. Ganancias Estáticas en lazo abierto y lazo cerrado : Estudio comparativo. El OFFSET o Separación Residual Permanente en los lazos de control por realimentación. Estudio comparativo del comportamiento estático y dinámico   de sistemas de segundo orden de retraso. Efectos de una acción de control integral (I); derivada (D) y mixta (PI , PID).

 

Tema 7

ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD DE SISTEMAS DE CONTROL POR REALIMENTACIÓN.

Repaso de las operaciones con números complejos ; La variable compleja.Polos y Ceros de una función de variable compleja. Concepto de estabilidad de un proceso. Localización de los polos de una función de transferencia. Ejemplo de un sistema de control en lazo cerrado. La Ecuación Característica. Criterios de estabilidad basados en la posición de las raices de la ecuación característica. Criterio de estabilidad de Routh-Hurwitz : primera y segunda prueba ; construcción de la tabla de Routh. Condiciones de estabilidad críticas. Criterio del Lugar Geométrico de la Raices. Lugar geométrico de las raices de dos elementos de primer orden en serie. Caso de un reactor provisto de un lazo de control por realimentación con un controlador proporcional.

 

Tema 8 

DISEÑO DE CONTROLADORES PARA SISTEMAS DE CONTROL POR REALIMENTACIÓN.

Problemas asociados a la elección de un controlador. Criterios simples de funcionamiento. Sobremodulación.Tiempo de Subida. Tiempo de Estabilización. Razón de Amortiguamiento. Frecuencia de estabilización del transitorio.  Criterios de Integral de Error : Integral de Error Absoluto (IAE) ; Integral de Error al Cuadrado (ISE) ; Integral de  Tiempo-Error Absoluto (ITAE). Otros criterios para la elección de un controlador para un lazo de control por realimentación. Algunos ejemplos de elección de controladores. Ajuste  o sintonía de un controlador. Método de la Curva de Reacción del Proceso (Cohen-Coon). Ejemplo de un proceso multicapacitivo.

 

Tema 9

ANÁLISIS DE LA RESPUESTA EN FRECUENCIA DE SISTEMAS LINEALES. DIAGRAMAS DE BODE. DIAGRAMAS DE NYQUIST.

Análisis de la Respuesta en Frecuencia. Definición de los conceptos de Razón de Amplitud y  Cambio de Fase. Respuesta en frecuencia característica de un sistema lineal general. Respuesta en frecuencia de un proceso capacitivo puro. Respuesta en frecuencia de n capacidades en serie no interactivas. Respuesta en frecuencia de un sistema de segundo orden de retraso. Respuesta en frecuencia de un proceso con tiempo muerto. Repuesta en frecuencia de los controladores más usuales utilizados en lazos de control por realimentación. Diagramas de Bode para distintos sistemas. Diagramas de Bode para los distintos controladores. Diagramas de Nyquist. Construcción de diagramas de Nyquist para distintos  sistemas. Diagramas de Nyquist para distintos controladores. Estudio comparativo.

 

Tema 10

DISEÑO DE SISTEMAS DE CONTROL POR REALIMENTACIÓN HACIENDO USO DE LAS TÉCNICAS DE RESPUESTA EN FRECUENCIA.

Criterio de estabilidad de Bode. Frecuencia Crítica o de Resonancia.  Márgenes de Ganancia y de Fase.Técnicas de Ajuste de Ziegler-Nichols. Criterio  de estabilidad de Nyquist.

 

Tema  11

CONTROL POR REALIMENTACIÓN DE SISTEMAS CON GRANDES TIEMPOS DE RETRASO O CON RESPUESTAS INVERSAS.

Ejemplos de procesos que implican grandes tiempos de retraso. El compensador de Smith. Efectos que se producen por errores en el modelo. Procesos que implican respuestas inversas : Compensación de respuestas inversas.

 

Tema 12

SISTEMAS DE CONTROL POR LAZO MÚLTIPLE.

Control en Cascada : Ejemplos de procesos que implican este tipo de control. Lazo Primario  y Lazo Secundario. Sistemas de Control Selectivo : Control por Anulación; Control por Valor Máximo; Control de Gama Partida.

 

Tema 13

INTRODUCCIÓN AL CONTROL AVANZADO.

Sistemas de Control Anticipativo. Sistemas de Control Mixtos : Realimentación y Anticipativo. Diseño de controladores para sistemas de control anticipativo. Control de Relación.

 

Tema 14 

CONTROL ADAPTATIVO.

Control Adaptativo : Definición. Control Adaptativo Programado. Control Autoadaptativo. Control Predictivo. Control Adaptativo - Predictivo.

 

 

PROGRAMA DE PRÁCTICAS

Realización de supuestos de carácter práctico.

 

 

BIBLIOGRAFÍA

1.-  Stephanopoulos,G. Chemical Process Control. An introduction to theory and practice. Ed. Prentice -Hall,Inc. 1984.

2.- Smith,Carlos A. ; Corripio,Armando B. Control Automático de Procesos.Teoría y Práctica. Ed.Limusa. 1994

3.- Luyben, W.L. Process Modelling. Simulation and Control for Chemical Engineers. Ed. McGraw-Hill. 2ª Edición. 1990. 

4.- Ogata,katsuhiko. Ingeniería de Control Moderna. Ed. Prentice-Hall.Inc. 2ªEdición. 1993. 

5.- Marlin,Thomas E. Process Control.  Ed.McGraw-Hill International Editions. 1995. 

6.- Creus,Antonio. Simulación y Control de Procesos por Ordenador. Ed.Marcombo. 1987.

7.- Ollero de Castro.Pedro: Fernández Camacho,Eduardo.Control e Instrumentación de Procesos Químicos.Ed.Síntesis. Madrid 1997.

 

 

SISTEMA DE EVALUACIÓN

La evaluación se efectuará en base a pruebas escritas de carácter teórico y práctico.