Ingeniería de control / W. Bolton.

CONTENIDO
1 Sistemas de control
Introducción 1
Sistemas 1
Modelos 3
Sistemas en lazo abierto y cerrado 4
Elementos básicos de un sistema en lazo abierto 6
Elementos básicos de un sistema en lazo cerrado 8
Ejemplos de sistemas de control en lazo cerrado 11
Estrategias de control 15
Control digital 17
Modelos matemáticos para sistemas 18
Modelos matemáticos para sistemas en lazo abierto 20
Modelos matemáticos para sistemas en lazo cerrado 21
Modelos matemáticos para sistemas en lazo cerrado con elementos múltiples 23
Error en estado estable 24
Efectos de las perturbaciones 27
Sensibilidad a cambios en los componentes 30
Estabilidad de los sistemas de control 31
Lazo cerrado contra lazo abierto 33
Problemas 33
2 Modelos de sistemas
Introducción 36
Bloques funcionales de sistemas mecánicos 36
Formación de un modelo para un sistema mecánico 40
Bloques funcionales de sistemas eléctricos 43
Formación de un modelo para un sistema eléctrico 45
Analogías eléctricas y mecánicas 51
Bloques funcionales de sistemas fluídicos 54
Formación de un modelo para un sistema fluídico 59
Bloques funcionales de sistemas térmicos 63
Formación de un modelo para un sistema térmico 65
Elementos electromecánicos 66
Linealidad 70
Elementos hidromecánicos 72
Problemas 75
3 Respuesta del sistema
Introducción 78
Ejemplos de sistemas de primer orden 79
La ecuación diferencial de primer orden 80
Solución de una ecuación diferencial de primer orden 81
La constante de tiempo 83
El operador D 85
El operador D y la ecuación diferencial de primer orden 86
Ejemplos de sistemas de segundo orden 89
La ecuación diferencial de segundo orden 90
Solución de una ecuación diferencial de segundo orden 91
Medidas de desempeño para sistemas de segundo orden 99
El operador D y los sistemas de segundo orden 103
Problemas 104
4. Transformadas de Laplace
Introducción 106
La transformación de Laplace 107
La transformada de Laplace para una función escalón 108
Empleando transformadas de Laplace 109
Empleo de la transformada de Laplace para resolver ecuaciones diferenciales 115
Fracciones parciales 118
Teoremas del valor inicial y del valor final 121
Problemas 122
5 Modelos de sistemas dinámicos
Introducción 125
Funciones de transferencia de elementos dinámicos 125
Elementos de primero y segundo orden 128
Respuesta escalón de un sistema de primer orden 130
Respuesta rampa de un sistema de primer orden 131
Respuesta impulso de un sistema de primer orden 133
Respuesta escalón de un sistema de segundo orden 134
Respuesta rampa de un sistema de segundo orden 138
Respuesta impulso de un sistema de segundo orden 140
Problemas 143
6 Modelos mediante diagramas de bloques
Introducción 145
El diagrama de bloques 145
Bloques en serie 146
Bloques con lazos de realimentación 147
Bloques en serie y con un lazo de realimentación 148
Bloques en paralelo 149
Simplificación de diagramas de bloques 152
Entradas múltiples 155
Ejemplos de sistemas 158
Problemas 164
7 El error en estado estable
Introducción 167
Error en estado estable 167
Clasificación de sistemas 169
Error en estado estable para una entrada escalón 170
Error en estado estable para una entrada rampa 172
Error en estado estable para una entrada parabólica 174
Errores en estado estable para diferentes entradas 176
Error en estado estable debido a perturbaciones 178
Problemas 180
8 Polos, ceros y estabilidad
Introducción 182
Definiendo la estabilidad 182
Polos y ceros 183
Patrón de polos y ceros 186
Estabilidad y polos 187
El criterio de estabilidad de Routh-Hurwitz 190
Estabilidad relativa 196
Problemas 198
9 Análisis del lugar geométrico de las raíces
Introducción 200
Lugares geométricos de las raíces de sistemas de primer orden 200
Lugares geométricos de las raíces de sistemas de segundo orden 202
Lugares geométricos de las raíces de sistemas en lazo cerrado 204
Representación polar de números complejos 206
Construcción de lugares geométricos de las raíces 207
Interpretación de los diagramas del lugar geométrico de las raíces 215
Problemas 223
10 Controladores
Introducción 225
control proporcional 225
Control integral 227
Control proporcional integral 229
Control derivativo 232
Control proporcional derivativo 233
Control PID 234
Ajuste de las ganancias del controlador 236
Realimentación de velocidad 239
Compensación 242
Implantación de las leyes de control 244
Problemas 249
11 Respuesta en frecuencia
Introducción 252
Respuesta en frecuencia 252
Función de transferencia 252
Respuesta en frecuencia de un sistema de primer orden 256
Respuesta en frecuencia para un sistema de segundo orden 257
Respuesta en frecuencia a partir del patrón de polos y ceros 258
Respuesta en frecuencia para elementos en serie 260
Trazas de Bode 261
Especificaciones de desempeño 272
Uso de datos experimentales de la respuesta en frecuencia 273
Diseño mediante compensación 275
Diagramas de Nyquist 276
Criterio de estabilidad de Nyquist 281
Margen de ganancia y margen de fase 282
Problemas 285
12 Equipo básico de un sistema de control
Introducción 288
Elementos de medición 288
Elementos eléctricos de corrección 297
Elementos de corrección electroneumáticos o hidráulicos 300
Ejemplos de sistemas de control 303
Problemas 307
13 Control de procesos discretos
Introducción 309
Procesos discretos 309
Secuenciado mediante cilindros neumáticos 313
Microprocesadores como controladores 318
Controladores lógicos programables 318
Programación de PLC 322
Problemas 327
14 Control digital directo
Introducción 329
Computadoras en control 329
Ejemplos de control digital directo 332
Problemas 334
15 La transformada z
Introducción 335
Sistemas de datos muestreados 335
Procesamiento de señales en tiempo discreto 338
Retén de orden cero 341
La transformada z 342
Uso de la transformada z 345
Transformada z inversa 349
Función de transferencia pulso 352
Sistemas de datos muestreados 354
Conversión de las leyes de control analógicas 358
Implementación de un algoritmo 359
Periodo de muestreo 360
Estabilidad 361
Pruebas para la estabilidad 362
Respuesta en frecuencia 368
Problemas 370
Apéndice: MATLAB
Introducción 374
Inicio y terminación de sesión 374
Ingreso de comandos 374
Ayuda 375
Matrices 375
Operaciones aritméticas 376
Funciones matemáticas 377
Operaciones con matrices 377
Archivo de función 377
Graficación 378
Ejemplos de control 379
Diagramas de bloques 381
SIMULINK 382
Respuestas a los problemas 384
Indice 395