Compensación de los sistemas de control de retroalimentación

Abstract

Los sistemas automáticos de control son diseñados y construidos para llevar a cabo tareas funcionales específicas. Pueden controlar una posición, una velocidad, temperatura o alguna otra magnitud física. Cuando se lleva a cabo la concepción del diseño de un sistema de control, primero se define la variable de salida y luego las especificaciones requeridas para el control de esa variable. Las especificaciones que deben cumplirse son: estabilidad, exactitud y velocidad de respuesta. La estabilidad consiste en que la respuesta a una señal debe mantener un valor útil durante un período razonable. Un sistema de control inestable produce oscilaciones persistentes o de gran amplitud en la señal. El sistema debe ser exacto dentro de ciertos límites especificados o sea que se debe reducir cualquier error a un valor aceptable. No existe ningún sistema de control que rueda mantener un error cero en todo tiempo, ya que siempre es necesario que exista un error para que el sistema inicie su acción correctora. Además, los limites aceptables de error deben hacerse tan amplios como sea posible ya que el costo de un sistema de control aumenta rápidamente al hacerse necesario un aumento de la exactitud. En el diseño de los sistemas se selecciona primero los medios de control que pueden ser: mecánicos, eléctricos, hidráulicos o neumáticos, y luego los elementos básicos del sistema que pueden ser armados para obtener el fin deseado. Conocidas las funciones de transferencia de los elementos utilizados se puede analizar el sistema mediante su diagrama de bloque y se puede determinar la ganancia del sistema de acuerdo a un valor deseado de la relación de magnitud máxima Mm, o de un cierto margen de ganancia mg, o de cierto margen de fase. Es muy común que el simple al ajuste de la ganancia no nos proporcione una alteración suficiente del sistema para llenar el conjunto de especificaciones deseadas. Generalmente una constante de ganancia suficientemente alta para reducir el error de estado constante a un valor aceptable de como resultado un sistema inestable. El aumento de la ganancia reduce el error de estado constante del sistema y mejora la velocidad de respuesta. Cuando el sol ajuste de la ganancia no es suficiente en el diseño de un sistema de control es necesario modificar la función de transferencia G(jw) H(jw). Esta modificación puede hacerse diseñando nuevamente el sistema y los elementos de control cuando es físico y económicamente posible hacerlo así. Cuando no es posible o conveniente la modificación de los elementos básicos para dar nueva forma a la gráfica de G(iw) H(jw) se coloca en el sistema un elemento compensador. Un elemento compensador es un dispositivo que tiene una función de transferencia particular que altera favorablemente la relación general de transferencia de sistema. Los elementos compensadores pueden colocarse en serie con la función de transferencia de avance para dar compensación en serie, o colocarse en una trayectoria interna de la retroalimentación alrededor de cierto elemento o elementos del sistema para lograr compensación de la retroalimentación, también llamada compensación en paralelo. En el desarrollo del trabajo hacemos mención a la forma como el aumento de la ganancia actúa en forma contraria en los casos de error de estado constante v el de estabilidad, luego hacemos mención a los métodos gráficos usados más frecuentemente en los diseños de las redes de compensación existentes. Mas adelante vemos los diferentes tipos de compensación existentes, los procedimientos que se siguen para el diseño de las redes y ejemplos para visualizar dichos procedimientos.