Diagrama de Bloque de Sistemas de Control (Funciones de Transferencia, Reducción, Puntos de Suma y Cómo Leerlos)
¿Qué es un Diagrama de Bloques en un Sistema de Control?
Un diagrama de bloques se utiliza para representar un sistema de control en forma de diagrama. En otras palabras, la representación práctica de un sistema de control es su diagrama de bloques. Cada elemento del sistema de control se representa con un bloque, y el bloque es la representación simbólica de la función de transferencia de ese elemento.
No siempre es conveniente derivar la función de transferencia completa de un sistema de control complejo en una sola función. Es más fácil derivar la función de transferencia del elemento de control conectado al sistema por separado.
Un bloque entonces representa la función de transferencia de cada elemento, y luego se conectan con la ruta de flujo de la señal.
Los diagramas de bloques se utilizan para simplificar sistemas de control complejos. Cada elemento del sistema de control se representa con un bloque, y el bloque es la representación simbólica de la función de transferencia de ese elemento. Un sistema de control completo puede representarse con el número necesario de bloques interconectados.
La figura siguiente muestra dos elementos con funciones de transferencia Guno(s) y Gdos(s). Donde Guno(s) es la función de transferencia del primer elemento y Gdos(s) es la función de transferencia del segundo elemento del sistema.
El diagrama también muestra que hay una ruta de retroalimentación a través de la cual la señal de salida C(s) se retroalimenta y se compara con la entrada R(s). La diferencia entre la entrada y la salida es la que actúa como la señal actuadora o de error.
En cada bloque del diagrama, la salida y la entrada están relacionadas entre sí por una función de transferencia. Donde la función de transferencia es:
Donde C(s) es la salida y R(s) es la entrada de ese bloque particular.
Un sistema de control complejo consta de varios bloques. Cada uno de ellos tiene su propia función de transferencia. Pero la función de transferencia general del sistema es la relación de la función de transferencia de la salida final a la función de transferencia de la entrada inicial del sistema.
Esta función de transferencia general del sistema se puede obtener simplificando el sistema de control combinando estos bloques individuales, uno por uno.
La técnica de combinar estos bloques se denomina técnica de reducción de diagramas de bloques.
Para la implementación exitosa de esta técnica, se deben seguir algunas reglas para la reducción de diagramas de bloques.
Vamos a discutir estas reglas, una por una, para la reducción del diagrama de bloques de un sistema de control. Si estás buscando hacer un estudio de sistemas de control, consulta nuestras preguntas de opción múltiple de sistemas de control.
Si la función de transferencia de la entrada del sistema de control es R(s) y la salida correspondiente es C(s), y la función de transferencia general del sistema de control es G(s), entonces el sistema de control se puede representar como:
Punto de Desvío en un Diagrama de Bloques de Sistema de Control
Cuando necesitamos aplicar una o la misma entrada a más de un bloque, usamos lo que se conoce como el punto de desvío.
Este punto es donde la entrada tiene más de un camino para propagarse. Tenga en cuenta que la entrada no se divide en un punto.
En cambio, la entrada se propaga a través de todos los caminos conectados a ese punto sin afectar su valor.
Por lo tanto, las mismas señales de entrada pueden aplicarse a más de un sistema o bloque mediante un punto de desvío.
Una señal de entrada común que representa más de un bloque de un sistema de control se hace mediante un punto común, como se muestra en la figura a continuación con el punto X.
Bloques en Cascada
Cuando varios sistemas o bloques de control están conectados en cascada, la función de transferencia total del sistema será el producto de las funciones de transferencia de todos los bloques individuales.
También debe recordarse que la salida de cualquier bloque no será afectada por la presencia de otros bloques en el sistema en cascada.
Ahora, a partir del diagrama, se ve que,
Donde G(s) es la función de transferencia general del sistema de control en cascada.
Puntos de Suma en un Diagrama de Bloques de Sistema de Control
En lugar de aplicar una única señal de entrada a diferentes bloques, como en el caso anterior, puede haber una situación en la que se apliquen diferentes señales de entrada al mismo bloque.
Aquí, la señal de entrada resultante es la suma de todas las señales de entrada aplicadas. La suma de las señales de entrada se representa mediante un punto llamado punto de suma, que se muestra en la figura a continuación con un círculo cruzado.
Aquí, R(s), X(s) e Y(s) son las señales de entrada. Es necesario indicar la especificación de la señal de entrada que entra en un punto de suma en el diagrama de bloques del sistema de control.
