Controladores digitales

Departamento de Ingeniería Electrónica

SISTEMAS DIGITALES DE
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL

TEMA 6
Sistemas Digitales de
Control en Tiempo
Discreto

DAC

ADC

1 − e −Ts
s

D(s)
D(z)

Rafael Ramos Lara
Febrero 2007

TEMA 6
Sistemas Digitales de Control en
Tiempo Discreto

1

Índice (I)
6.1. Sistemas de control digital
6.1.1. Introducción al diseño de sistemas decontrol digital
6.1.2. Discretización de sistemas analógicos
6.1.3. Ejemplo: modelo discreto de un motor DC
6.2. Diseño de un control digital PID
6.2.1 Introducción al control PID digital
6.2.2 Aproximación rectangular del control PID
6.2.3 Aproximación trapezoidal del control PID
6.3. Arquitecturas de realización de controladores digitales
6.3.1. Programación directa
6.3.2. Programaciónestándar
6.3.3. Programación serie
6.3.4. Programación paralelo
6.3.5. Programación en escalera
Tema 6: Sistema Digitales de Control en Tiempo Discreto

2

1

Índice (II)
6.4. Ejemplo de diseño: control de un motor DC mediante el driver L293E
6.4.1. Introducción al sistema de control digital de un motor
6.4.2. Modelo equivalente eléctrico del motor DC
6.4.3. Interface con el motor: L293E6.4.4. Control en lazo abierto de la velocidad de giro
6.4.5. PWM digital
6.4.6. Monitorización de la velocidad de giro
6.4.7. Regulación de la velocidad de giro

Tema 6: Sistema Digitales de Control en Tiempo Discreto

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6.1 Sistemas de control digital

4

2

6.1.1 Introducción al diseño de sistemas
de control digital

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Componentes de un sistema de control
Los componentesprincipales de un sistema de control son:
• Sensores
• Actuadores
• Controlador: permite obtener el comportamiento deseado del sistema
a controlar, manteniendo al mismo tiempo la estabilidad del sistema
Tipos de controladores:
• Controladores analógicos: implementados con amplificadores,
resistencias, condensadores que realizan estructuras semejantes a
filtros que modifican la respuestafrecuencial del sistema
• Controladores digitales: implementados con microprocesadores,
microcontroladores, DSP, FPGA, CPLD, etc... Necesitan
conversores ADC y DAC
Tema 6: Sistema Digitales de Control en Tiempo Discreto

6

3

Controladores analógicos vs. digitales
Controlador
Analógico

Ventajas
•
•
•

Digital

•
•
•
•

Desventajas

Elevado ancho de banda
Elevadaresolución
Fácil de diseñar

•

Diseño programable
Comportamiento preciso
Implementación
algoritmos complejos
Fácilmente ampliable

•

•
•

•
•

Envejecimiento de componentes
Derivas con la temperatura
Bueno para diseños simples
Dificultad de diseño
Necesita procesadores de altas
prestaciones
Genera problemas numéricos

Tema 6: Sistema Digitales de Control en Tiempo Discreto7

Diseño de un sistema de control digital
Pasos de diseño de un sistema de control:
• Obtención del modelo del sistema a controlar
• Diseño del controlador para obtener el comportamiento deseado del
sistema a controlar
El diseño de controles digitales implica la conversión del sistema en una
forma discreta. Dos métodos de conversión:
• Diseño analógico y conversión a discreto para suimplementación
• Diseño discreto ⇒ se debe obtener el modelo de la planta en forma
discreta (transformada Z)

Tema 6: Sistema Digitales de Control en Tiempo Discreto

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4

6.1.2 Discretización de sistemas
analógicos

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Técnicas de discretización de sistema analógicos
Tres técnicas para convertir un sistema analógico en discreto:
• Mantenedor de orden zero (ZOH)
•Correspondencia polos-ceros
• Transformación bilineal

Tema 6: Sistema Digitales de Control en Tiempo Discreto

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Mantenedor de orden cero (ZOH)
Esta técnica asume que el controlador tiene a la entrada un mantenedor de
orden cero
DAC

ADC

1− e
s

−Ts

D(s)
D(z)

 D (s ) 
D( z ) = 1 − z −1 Z 

 s 

(

)

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Tema 6: Sistema Digitales de Control en Tiempo...