Control de sistemas dinámicos con retroalimentación / Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emanmi-Naeini.

CONTENIDO
1. PANORAMA GENERAL Y RESEÑA HISTORICA DEL CONTROL CON RETROALIMENTACION 1
Introducción 2
Reseña histórica 4
Visión general del libro 10
Problemas 11
2. MODELOS Y RESPUESTAS DINAMICOS 15
Introducción 16
Dinámica de sistemas mecánicos 17
Modelos de circuitos eléctricos 26
Modelos de sistemas electromecánicos: motores y generadores 31
Aspectos elementales de otros sistemas dinámicos 38
Flujo de calor 38
Flujo de fluidos incompresibles 39
Linealización, escalamiento de amplitud y escalamiento de tiempo 44
Fórmulas generales para linealización y escalamiento 47
Repaso de la respuesta dinámica 48
La función de transferencia 49
El diagrama de bloques 50
Polos y ceros 53
Especificaciones en el dominio del tiempo en términos de polos y ceros 58
Efectos de un cero adicional y un polo adicional 61
Obtención de modelos de datos experimentales 67
Modelos a partir de datos de respuesta transitoria 69
Resumen 73
Problemas 74
3. PRINCIPIOS ESENCIALES DE LA RETROALIMENTACION 85
Estudio de un caso de retroalimentación de un sistema de control de velocidad 86
Características generales de la retroalimentación 91
Tipos de retroalimentación 93
Retroalimentación proporcional 93
Retroalimentación integral 95
Retroalimentación diferencial 96
Retroalimentación PID 97
Antitensión del integrador: una prueba del mundo práctico 98
Sintonía Ziegler-Nichols de reguladores PID 100
Precisión en el estado estacionario y sistemas tipo 104
Estabilidad 109
Estabilidad con entrada y salida limitadas 109
Criterio de estabilidad de Routh 110
Resumen 115
Problemas 115
4. METODO DE DISEÑO DEL LUGAR GEOMETRICO DE LAS RAICES 127
Introducción 128
Pautas para el trazado de un lugar geométrico de raíces 133
Lugares geométricos de raíces ilustrativos 146
Selección de la ganancia desde el lugar geométrico de las raíces 169
Compensación dinámica: redes de adelanto y atraso 172
Extensiones del lugar geométrico de las raíces 180
Retraso de tiempo 180
Lugares geométricos versus otros parámetros 184
Lugares geométricos de grado-cero para parámetros negativos 188
Uso del lugar geométrico de las raíces en el análisis de sistemas no lineales 191
Trazado del lugar geométrico de las raíces asistido por computador 199
Resumen 201
Problemas 201
5. EL METODO DE DISEÑO DE LA RESPUESTA DE FRECUENCIA 219
Introducción 220
Respuesta dinámica a partir de datos de la respuesta de frecuencia 220
Técnicas de representación de Bode 222
Especificaciones 232
Estabilidad 233
El criterio de estabilidad de Nyquist 236
Márgenes de ganancia y de fase 251
Relación de ganancia-fase de Bode 256
Respuesta de frecuencia de lazo cerrado 261
Compensación 262
Sensibilidad 276
Representación alternativa de los datos 279
Retraso de tiempo 282
Obtención de un modelo de polos y ceros a partir de datos de la respuesta de frecuencia 283
Resumen 285
Problemas 286
6. DISEÑO ESPACIO-ESTADO 309
Introducción 310
Descripción del sistema 311
Ecuaciones de un computador analógico 317
Transformaciones de estado 320
Funciones de transferencia de los sistemas 322
Polos, ceros y valores característicos de la descripción espacio-estado 322
Diseño del controlador 325
Selección de las localizaciones de los polos para un buen diseño 334
Diseño del estimador 342
Estimadores de orden total 342
Estimadores de orden reducido 350
Selección del polo-estimador 354
Diseño del compensador: estimador y ley del control combinados 357
Introducción de la entrada de referencia 370
Diseño de servomecanismos 371
Solución polinomial 382
Control integral 385
Control robusto de rastreo 387
Diseño para sistemas con retraso de tiempo puro 394
Estabilidad de Lyapunov 397
Resumen 403
Apéndice 6A: Solución de las ecuaciones de estado 405
Apéndice 6B: Controlabilidad y observabilidad 409
Apéndice 6C: Fórmula de Ackermann para la localización de polos 417
Problemas 421
7. DISEÑO DE SISTEMAS DE CONTROL: PRINCIPIOS Y CASOS DE ESTUDIO 439
Introducción 440
Un panorama esquemático del diseño de sistemas de control 440
Diseño de un control de orientación de un satélite 446
Controles lateral y longitudinal de un Boeing 747 472
Amortiguador de desviación 472
Piloto automático de conservación de altitud 485
Control de la relación combustible-aire en un motor de automóvil 493
Control del mecanismo de una unidad de cinta digital 502
Robustez de la estabilidad 519
Resumen 523
Problemas 524
8. CONTROL DIGITAL 537
Introducción 538
Fundamentos teóricos 538
Transformada z 538
Inversión de la transformada z 540
Relación entre s y z 541
Teorema del valor final 545
Diseño continuo 546
Procedimientos de digitalización 546
Ejemplo de diseño 551
Límites de aplicabilidad del método 552
Diseño discreto 554
Herramientas de análisis 554
Propiedades de la retroalimentación 557
Ejemplo de diseño 557
Comparación del diseño 559
Métodos de diseño espacio-estado 560
Características del hardware 565
Convertidores analógicos a digitales (A/D) 565
Convertidores digitales a analógicos (D/A) 566
Prefiltros analógicos 566
El computador 570
Efectos del tamaño de las palabras 568
Efectos aleatorios 569
Efectos sistemáticos 570
Selección de la velocidad de muestreo 571
Efectividad del rastreo 572
Rechazo de la perturbación 572
Sensibilidad de los parámetros 573
Diseño del sistema de control 573
Resumen 574
Problemas 575
APENDICES
A TRANSFORMADAS DE LAPLACE 585
B GRAFICAS DE FLUJO DE SEÑAL: REGLA DE MASON 589
C RESUMEN DE LA TEORIA DE MATRICES 595
Matriz 596
Operaciones elementales con matrices 596
Traza 597
Transpuesta 597
Inversa de una matriz y determinante 597
Propiedades del determinante 598
Inversa de matrices triangulares de bloque 599
Matrices especiales 600
Rango 600
Polinomio característico 601
El teorema de Cayley-Hamilton 601
Valores y vectores característicos 601
Transformaciones de similaridad 602
Exponencial de una matriz 603
Subespacios fundamentales 603
BIBLIOGRAFIA 605
INDICE 611