Ingeniería 13 (1,2): 41-52, 2003 San José, Costa Rica
NUEVAS APROXIMACIONES DEL TIEMPO MUERTO
PARA ESTUDIOS DE CONTROL
Víctor M. Alfaro Ruiz
Resumen
Se enfrenta el problema que origina el tiempo muerto de la planta, en el estudio del comportamiento de los sistemas de
control, realizando una comparación entre diferentes aproximaciones presentadas para éste en la literatura técnica.
Se determinó que la aproximación de segundo orden de Sthal y Hippe, es superior a las de Padé y a otras de las
existentes.
Se presentan nuevas ecuaciones para aproximar el tiempo muerto de una planta y se muestra que las mismas proveen
mejores resultados que las ecuaciones ya propuestas.
Palabras clave: control automático, retardos de tiempo, aproximaciones.
Abstract
The problem related to the time delay approximations in Control Systems Theory is addressed by making a comparison
among different approximations presented in the technical literature.
It is determined that the second order approximation proposed by Sthal and Hippe surpasses the Padé approximation and
other existing approximations.
New equations to approximate the system time delay are presented and it is shown that they give better results than the
equations so far proposed.
Keywords: automatic control, time delay, approximations.
1. INTRODUCCIÓN
El estudio analítico o por simulación de los
sistemas de control realimentado, involucra
normalmente la manipulación de las funciones de
transferencia de los dispositivos que lo componen,
como lo son el controlador, el proceso controlado
y los instrumentos de medición y actuación.
Suponiendo que el lazo de control realimentado
es el mostrado en la Figura 1, en donde Gc(s)
es la función de transferencia del controlador y
Gp(s) la del conjunto actuador sensor, a la que
se llamará simplemente planta, la función de
transferencia de lazo cerrado es:
(1)
Si la planta tiene tiempo muerto, sea este real o
producto del modelado del sistema, su función de
transferencia se puede escribir como
(2)
Sustituyendo (2) en (1) se tiene que M(s) está
dada por
(3)
42
Ingeniería 13 (1,2): 41-52, 2003 San José, Costa Rica
2.1 Mediante series de Taylor
La función f0(s) puede expandirse en una serie
de Taylor como (Dwight, 1961)
(6)
...
Figura 1. Sistema de control realimentado.
El término exponencial en el numerador no
representa ningún problema para el análisis;
corresponde al tiempo muerto de la planta que
aparece en la respuesta del sistema de lazo
cerrado. Sin embargo, el polinomio característico
del sistema de lazo cerrado es
de donde la aproximación mediante una serie de
primer orden sería
(7)
y mediante una de segundo orden
(8)
(4)
el cual no es una función racional en s.
Para poder realizar estudios del desempeño, de la
estabilidad y el diseño del sistema de control, es
necesario aproximar entonces el tiempo muerto
por alguna función racional en s, usualmente
mediante un cociente de polinomios.
Se ha encontrado en la literatura de control
la utilización de diversas aproximaciones
del tiempo muerto, algunas propuestas como
mejores sin justificación, razón por lo que se
deseó realizar pruebas comparativas de varias
de estas aproximaciones y estudiar la posibilidad
de establecer nuevas expresiones con un mejor
desempeño. Los resultados de este estudio se
detallan adelante.
2.
(Martin et al, 1975) utilizaron la aproximación
f1(s) en su procedimíento de síntesis de
controladores.
También se puede aproximar el tiempo muerto
por el cociente de dos series de Taylor de la
forma
(9)
La aproximación de primer orden sería entonces
(10)
y la de segundo orden
APROXIMACIONES DEL TIEMPO
MUERTO
Se definirá primero la función tiempo muerto
como
(11)
2.2 Aproximaciones de Padé
(5)
y se establecerán las aproximaciones de ésta que
se desean comparar.
Las aproximaciones de Padé para el tiempo
muerto, son de las más populares en los estudios
de control por las características que este mismo
estudio permitió confirmar.
ALFARO: Nuevas aproximaciones del tiempo muerto...
Por ejemplo (Yuwana y Seborg, 1982) utilizaron
una aproximación de Padé de primer orden como
parte de su procedimiento de identificación,
(Rivera et al, 1986) utilizaron aproximaciones
de Padé de orden cero y de primer orden
en la derivación de sus fórmulas IMC para
sintonización de controladores.
43
entonces, la aproximación de primer orden sería
(16)
que resulta ser igual a f3(s) y la de segundo
La expresión general de las aproximaciones de
Padé es
(17)
2.4 Otras aproximaciones
(12)
(Jutan y Rodríguez, 1984) usaron como parte de
su procedimiento de identificación con control P
la aproximación
Para el caso n = 1 (Padé de primer orden) se
tiene
(18)
(Bogere y Özgen, 1989) con el mismo propósito
emplearon la expresión
(13)
(19)
que es igual a la aproximación f3(s) anterior y la
aproximación de Padé de segundo orden
(O’Dwyer,1996) incluyó en su tesis doctoral
algunas de las aproximaciones para el tiempo
muerto anteriores y las siguientes, identificadas
con el nombre de su autor
•
(Marshall, 1979)
(14)
(20)
•
2.3 Mediante polos y ceros múltiples
La función tiempo muerto se puede definir
también como la respuesta de un número infinito
de sistemas de primer orden en serie de la forma
(Piche,1990) (producto)
(21)
que es igual a f4(s)
•
Piche (Laguerre)
(22)
(15)
que es igual a f6(s)
44
•
Ingeniería 13 (1,2): 41-52, 2003 San José, Costa Rica
(Gradshteyn y Ryzhik, 1980)
(23)
(Sthal y Hippe, 1987) optimizaron la aproximación
del tiempo muerto para reproducir la respuesta
de frecuencia sobre el ámbito de frecuencias
mayor posible y determinaron funciones de
transferencia de segundo hasta quinto orden.
Su aproximación de grado dos está dada por la
función de transferencia
(24)
3.
COMPARACIÓN DE LAS
APROXIMACIONES
Con la finalidad de evaluar la bondad de las
aproximaciones del tiempo muerto f1(s) a f11(s)
anteriores, se realizaron pruebas comparativas
incluyendo: aproximación de la función
exponencial, respuesta de un tiempo muerto
puro, respuesta de un sistema de primer orden
más tiempo muerto, determinación de la ganancia
en el límite de la estabilidad y respuesta de
frecuencia.
3.1 Aproximación de la función exponencial
Definiendo x=tms se investigó qué tan bien
se aproxima a la función e-x en el intervalo
0≤x≤2,0.
La evaluación de las aproximaciones se realizó
calculando los índices de error (IEAei) y calidad
(ICAei) de las aproximaciones definidos en el
Apéndice, apartedo 6.
En la Figura 2 y el Cuadro 1 se muestran las
respuestas de las diferentes funciones. Como se
puede ver, las series de Taylor (f1, f2) y la ecuación
de Marshall (f9) fallan al aproximar la función
exponencial, mientras que la aproximación de
Padé de segundo orden (f5) provee los mejores
resultados. La aproximación de Padé de primer
orden (f3), si bien no es buena si se considera
todo el ámbito estudiado, su desempeño es
aceptable hasta valores de x = 1,0.
Figura 2. Aproximaciones de la función exponencial
ALFARO: Nuevas aproximaciones del tiempo muerto...
Cuadro 1. Aproximación de la función exponencial
Función
f0
f1
IEAei
ICAei
ITMe = 0,8647 (x = [0 , 2])
0,864 7
0
f2
f3
0,466 87
45,79
0,092 1
89,35
f4
f5
0,044 2
94,89
0,003 2
99,63
f6
f7
0,018 8
97,83
0,005 8
99,33
f8
f9
0,024 6
97,16
0,844 5
2,34
f10
f11
0,021 4
97,53
0,030 6
96,46
3.2 Aproximación de un tiempo muerto puro
Se consideraron para esta comparación, las
aproximaciones que representan funciones de
transferencia propias y se verificó, qué tan bien
aproximaban estas un tiempo muerto puro, a
partir de la respuesta a una entrada escalón
unitario.
La comparación se realizó calculando los
índices de error (IEAti) y calidad (ICAti) de las
aproximaciones del tiempo muerto definidos en
el Apéndice.
Las pruebas indicaron que un intervalo de tiempo
igual a cuatro tiempos muertos (m=4), era
suficiente para asegurar que la respuesta de todas
las funciones hubiera alcanzado su valor final.
45
3.3 Efecto en la respuesta al escalón
Con frecuencia, las especificaciones del
comportamiento deseado del sistema de control,
se dan en función de la respuesta en el tiempo a
una entrada del tipo escalón.
Los programas CACSD como MATLAB 6.5®
o Scilab, no pueden manipular funciones de
transferencia que incluyan tiempos muertos para
obtener por ejemplo, la función de transferencia
de lazo cerrado del sistema de control. Se
debe utilizar una aproximación para los mismos,
MATLAB 6.5® provee la función pade(tm,n)
para esto, o emplear programas de simulación
digital como Simulink 5.0® o VisSim 3.0™
que proveen bloques operacionales para el
tiempo muerto, simulado como una lista de
datos almacenados en memoria, para realizar los
estudios con este tipo de plantas.
Se investigó entonces el efecto de las
aproximaciones en la respuesta de una planta de
primer orden más tiempo muerto dada por
(25)
En forma similar a como se hizo en las
comparaciones anteriores, se calculó un índice
de error (IEAyi) y uno de calidad (ICAyi) de las
aproximaciones a la respuesta al escalón (ver
Apéndice).
Se empleó en las pruebas una planta con ganancia
unitaria (kp=1), constante de tiempo unitaria
(=1) y tiempo muerto variable ( tm= 0,1 0,25 0,5
0,75 1,0 y 2,0).
La Figura 3 y el Cuadro 2 muestran los resultados
obtenidos.
En la Figura 4 y en el Cuadro 3 se muestran los
resultados de la simulación en función del tiempo
muerto normalizado o tm/ .
Las aproximaciones de segundo orden mostraron
resultados muy similares entre sí, siendo la
aproximación de Sthal y Hippe (f11) la mejor. La
aproximación de Padé de primer orden (f3) fue la
que mostró mayor error.
Como era de esperarse, todas las aproximaciones,
incluso la de primer orden, dieron resultados
aceptables cuando el tiempo muerto normalizado
era bajo y éste empezó a deteriorarse a medida
que o aumentó.
46
Ingeniería 13 (1,2): 41-52, 2003 San José, Costa Rica
Los mejores resultados se obtuvieron con la
aproximación de Sthal y Hippe (f11) seguidos de
la de Gradshteyn y Ryzhik (f10) y la de Padé de
segundo orden (f5).
Si bien los resultados con la aproximación de
Padé de primer orden muestran el menor índice
de calidad, este no es significativamente menor
que el obtenido con las aproximaciones de
segundo orden.
determinó el valor de la ganancia en el límite de
la estabilidad Kcuo con el tiempo muerto exacto,
empleando el programa VisSim, y los valores
de la ganancia límite con las aproximaciones
Kcui resolviendo el polinomio característico
pi(fi(s),Kc,s)=0 en forma iterativa empleando el
programa Scilab.
Cuadro 2. Aproximación del tiempo muerto puro.
Función
3.4 Efecto sobre la estabilidad del
sistema de control
IEAti
ICAti
ITMt = 3, (t = [0 , 4 tm], tm = 1)
f0
f3
0,577 0
80,77
Un aspecto muy importante en los estudios de
los sistemas de control, es la determinación
de las condiciones de estabilidad del mismo a
partir de su polinomio característico, por lo que
se investigó el efecto de las aproximaciones del
tiempo muerto sobre ésta.
f4
f5
0,411 5
86,28
0,405 7
86,48
f6
f10
0,451 8
84,94
0,395 4
86,82
f11
0,392 9
86,90
Se utilizó un sistema de control con un controlador
proporcional Gc(s)=Kc y una planta de primer
orden más tiempo muerto, con los mismos
parámetros que en la prueba anterior. Con éste se
El Cuadro 4 muestra los valores de las ganancias
en el límite de estabilidad obtenidas en función
del tiempo muerto normalizado, así como los
porcentajes de error de las mismas.
Figura 3. Respuesta a un escalón unitario, tm=1
47
ALFARO: Nuevas aproximaciones del tiempo muerto...
Como se aprecia en el Cuadro, cada aproximación
mostró porcentajes de error similares al estimar
la ganancia límite, con los diferentes tiempos
muertos normalizados utilizados.
En esta prueba se hizo evidente que la
aproximación de Padé de primer orden, no es
adecuada para estudios de estabilidad ya que con
ella se obtienen valores para la ganancia límite,
aproximadamente un 30 % mayores que el real.
La mejor estimación se obtuvo con la
aproximación de Sthal y Hippe (f11), con un error
promedio de solo –0,5 %, seguida de la de Padé
de segundo orden (f5) con +1,15 % de error y de
la de Gradshteyn y Ryzhik (f10) con –2,3 % de
promedio la que, aunque con un error ligeramente
mayor que el error de la aproximación de Padé,
predice un valor conservador de la ganancia
límite.
Es evidente el buen desempeño logrado con
la aproximación de Sthal y Hippe ya que la
ganancia predicha con ella, aparte de ser muy
precisa, es segura por estar por debajo del valor
real.
Figura 4. Respuesta del sistema de primer orden más tiempo muerto.
Cuadro 3. Efecto en la respuesta de un sistema de primer orden más tiempo muerto.
o tm/
f0
0,10
8,90
0,25
8,75
0,50
8,50
f3
f4
f5
f6
f10
f11
1,70e-3
7,95e-4
5,7e-4
8,0e-4
5,8e-4
2,3e-4
1,06e-2
5,10e-3
3,60e-3
5,10e-3
3,70e-3
6,90e-3
4,15e-2
2,07e-2
1,43e-2
2,04e-2
1,50e-2
1,85e-2
f3
f4
f5
f6
f10
f11
99,98
99,99
99,99
99,99
99,99
99,99
99,89
99,94
99,96
99,94
99,96
99,92
99,51
99,76
99,83
99,76
99,82
99,78
ITMy
IEAyi
ICAyi
0,75
8,25
1,0
8,00
1,5
7,50
2,0
7,00
9,00e-2
4,56e-2
3,20e-2
4,53e-2
3,33e-2
3-54e-2
0,153
7,85e-2
5,67e-2
7,90e-2
5,82e-2
5,81e-2
0,315
0,164
0,125
0,170
0,126
0,121
0,512
0,271
0,217
0,286
0,215
0,205
98,91
99,45
99,61
99,45
99,60
99,57
98,08
99,02
99,29
99,01
99,27
99,27
95,80
97,82
98,33
97,74
98,32
98,39
92,69
96,14
96,90
95,91
96,94
97,07
48
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Cuadro 4. Estimación de las ganancias en el límite de la estabilidad.
o tm/
f0
0,10
16,34
0,25
6,93
0,50
3,81
f3
f4
f5
f6
f10
f11
21,00
15,23
16,49
17,28
15,90
16,27
9,00
6,46
7,00
7,35
6,75
6,90
5,00
3,55
3,85
4,04
3,71
3,78
f3
f4
f5
f6
f10
f11
28,50
-6,80
0,92
5,75
-2,70
-0,43
29,87
-6,84
1,00
6,00
-2,70
-0,49
31,20
-6,85
1,00
6,10
-2,70
-0,68
Kcu
Kcui
% EKcui
3.5 Respuesta de frecuencia
La función tiempo muerto en frecuencia está
dada por
(26)
cuya magnitud es unitaria para todas las
frecuencias y su fase - tm, esto es, tiende a cero
para baja frecuencia y decrece linealmente con
la frecuencia, teniendo un valor de -180° cuando
tm .
Una característica importante que debe tener
entonces la aproximación del tiempo muerto, es
que no afecte el diagrama de Bode de magnitud
de la función de transferencia de lazo abierto,
esto es, que tenga magnitud unitaria para todas
las frecuencias. Esta característica la presentan
las aproximaciones mediante el cociente de dos
series de Taylor (f3, f4), las de Padé (f3, f5) y
los cocientes de polos múltiples (f3, f6). Otras
aproximaciones que presentan esta característica
son la de Marshall (f9), Piche (f4, f6), Gradshteyn
y Ryzhik (f10), y Sthal y Hippe (f11).
Sin embargo, todas estas aproximaciones tienen
limitaciones en cuanto al desfase máximo
0,75
2,78
1,0
2,26
1,5
1,76
2,0
1,52
3,67
2,59
2,81
2,95
2,71
2,76
3,00
2,12
2,29
2,40
2,21
2,25
2,33
1,67
1,79
1,87
1,73
1,75
2,00
1,45
1,54
1,61
1,50
1,52
31,90
-6,70
0,94
5,97
-2,70
-0,83
32,70
-6,10
1,35
6,32
-2,20
-0,49
32,40
-5,28
1,40
6,01
-1,80
-0,34
21,60
-4,67
1,38
5,60
-1,51
-0,33
que pueden proveer. Mientras que la fase del
tiempo muerto puro decrece linealmente con la
frecuencia, las aproximaciones anteriores, todas
funciones de transferencia de fase no mínima,
proveen un desfase máximo de –180º (f3) o –360º
(f4, f5, f6, f9, f10, f11) a alta frecuencia, por lo
que serán de preferencia las de mayor grado para
estudios en el dominio de la frecuencia.
4.
OBTENCIÓN DE NUEVAS
APROXIMACIONES
Las pruebas comparativas realizadas,
demostraron que la aproximación de la función
exponencial por medio de las series de Taylor
de orden bajo no era adecuada y debían buscarse
expresiones polinomiales de primer y segundo
orden mejores; que la aproximación de Padé de
primer orden, aunque muy utilizada, mostraba
índices de calidad inferiores a los obtenidos con
cualesquiera de las aproximaciones de segundo
orden, debiendo entonces verificarse si era
posible encontrar una mejor aproximación de
primer orden; y que los mejores resultados se
obtuvieron con la aproximación Sthal y Hippe,
por lo que se deseó verificar si era posible
encontrar alguna otra que lograra superarla.
ALFARO: Nuevas aproximaciones del tiempo muerto...
4.1 Aproximaciones de la función
exponencial
Utilizando la función lsqcurvefit de MATLAB®
se encontraron expresiones polinomiales para la
función e-x en el intervalo 0≤x≤2,0, obteniéndose
las siguientes aproximaciones para el tiempo
muerto
(27)
(28)
cuyos índices de calidad de la aproximación
exponencial (ICAei) fueron 79,21 % y 97,12 %,
respectivamente, los que contrastan ampliamente
con los índices de la serie de Taylor de primer
orden (0 %) y de segundo orden (45,79 %).
Es evidente que de requerirse utilizar una
aproximación polinomial para el tiempo muerto,
las nuevas expresiones f1n (27) y f2n (28)
brindarán mejores resultados que las series de
Taylor.
49
Se probaron también expresiones más generales
de la forma (1-ax+bx2)/(1+cx+dx2) con una
mejora de aproximadamente un 5 % en el
índice de calidad para el caso de primer orden,
pero despreciable en el de segundo. Como los
coeficientes de los polinomios del numerador y
del denominador de estas nuevas aproximaciones
resultaron ser bastante diferentes entre sí, no
se consideraron adecuadas ya que su magnitud
no sería unitaria para todas las frecuencias,
característica necesaria como se indicó en 3.5.
4.3 Prueba de las nuevas aproximaciones
Si bien las nuevas aproximaciones f3n y f4n
proveen una mejor aproximación de la función
exponencial, debió verificarse que su desempeño
como representación de un tiempo muerto puro,
como parte de la respuesta en el tiempo de un
sistema con tiempo muerto y en la determinación
de los límites de estabilidad del sistema de control,
era también superior al de las aproximaciones
existentes.
4.2 Aproximaciones mediante funciones de
transferencia propias
Como representación de un tiempo muerto
puro, sus índices de calidad ICAti fueron 80,96
% y 86,25 %, muy similares a los de las
aproximaciones de Padé.
En una forma similar a la anterior, se obtuvieron
aproximaciones de la función exponencial como
cocientes de polinomios del tipo (1-ax+bx2)/
(1+ax+bx2), determinándose las siguientes
nuevas aproximaciones para el tiempo muerto
El índice de calidad de la respuesta del sistema
de primer orden más tiempo muerto ICAyi
promedio de f3n fue 97,26 % y el de f4n 99,09 %,
ligeramente inferiores a los de las aproximaciones
de Padé (97,84 % y 99,13 %).
(29)
(30)
cuyos índices de calidad de la aproximación
exponencial (ICAei) fueron 93,84 % y 99,90
% respectivamente, superiores a los índices de
las aproximaciones de Padé de primer orden
(89,35 %) y de segundo orden (99,63 %).
Sin embargo en la prueba de estabilidad los
resultados fueron ampliamente inferiores. La
aproximación f3n tuvo un error promedio del
+45,16 % y la f4n +2,29 % comparados con el
+29,74 % y +1,15 % de las aproximaciones de
Padé.
El hecho de ofrecer una mejor aproximación de
la función exponencial, no garantizó entonces
que estas nuevas expresiones tuvieran un mejor
desempeño en las pruebas dinámicas.
50
Ingeniería 13 (1,2): 41-52, 2003 San José, Costa Rica
4.4 Optimización de las aproximaciones
mediante pruebas dinámicas
Debido a que los resultados de las comparaciones
efectuadas, demostraron que las expresiones
obtenidas mediante el ajuste de la función
exponencial, no mejoraron el desempeño
dinámico de las aproximaciones, se realizó una
optimización dinámica de los coeficientes de los
polinomios de las aproximaciones utilizando el
programa VisSim™.
Utilizando la misma planta y parámetros utilizados
en las pruebas comparativas indicadas en el punto
3.3 anterior, se simuló la planta con el tiempo
muerto puro y también con una aproximación
de primer orden, y se optimizó el coeficiente de
los polinomios del numerador y denominador
mediante el método de optimización de Powell,
minimizando la diferencia, esto es el error, entre
las respuestas al escalón de las dos plantas. Los
coeficientes del polinomio óptimo variaron entre
0,4948 y 0,4967. Utilizando un promedio de
los coeficientes encontrados se obtuvo la nueva
aproximación óptima de primer orden
(31)
la que no difiere significativamente de la
aproximación de Padé de primer orden.
Al optimizar el polinomio de segundo orden, se
encontró que mientras el parámetro de los términos
lineales variaba entre 0,500 y 0,4895, el de los
términos cuadráticos variaba entre 8,974•10-2
y 9,2785•10-2, por lo que se optó por fijar el
parámetro del término lineal de los polinomios,
en el valor encontrado con la aproximación
de primer orden y optimizar solamente el del
término cuadrático. La nueva aproximación
óptima de segundo orden resultante fue
(32)
bastante similar a la aproximación de Sthal y
Hippe f11.
En el caso de la nueva aproximación óptima de
primer orden f3op, como era de esperarse, esta
dio exactamente los mismos resultados en las
pruebas de respuesta al escalón y de ganancia en
el límite de la estabilidad que la aproximación
de Padé de primer orden; sin embargo, en la
aproximación de la función exponencial dio
un índice de calidad del 90,03 %, ligeramente
superior al 89,35 % de la aproximación de
Padé.
Las pruebas con la aproximación óptima de
segundo orden f4op, dieron como resultado
un índice de calidad de la aproximación de
la respuesta al escalón ICAyi del 99,16 %
comparable con el 99,13 % obtenido por la
aproximación de Padé de segundo orden y el
99,14 % de la aproximación de Sthal y Hippe.
En cuanto a las pruebas de estabilidad, la
aproximación óptima de segundo orden dio un
excelente resultado, con un error promedio de
sólo el –0,099 % y valores extremos para o 1
del –0,40 % y +0,20 % para o .
En cuanto a la aproximación de la función
exponencial, el índice de calidad obtenido con la
función optimizada fue del 98,002 %, superior
al 96,46 % de la aproximación de Sthal y Hippe,
pero inferior al 99,63 % de la de Padé de segundo
orden.
5.
CONCLUSIONES
De las pruebas comparativas realizadas se puede
concluir que:
1.
Las nuevas aproximaciones polinomiales
de la función exponencial obtenidas f3n
y f4n, son ampliamente superiores a las
aproximaciones por series de Taylor del
mismo orden.
2.
La nueva aproximación del tiempo muerto,
mediante una función de transferencia propia
de fase no mínima de primer orden f3op,
provee resultados similares o mejores que la
aproximación de Padé de primer orden.
ALFARO: Nuevas aproximaciones del tiempo muerto...
3.
51
La nueva aproximación mediante una
función de transferencia de segundo orden
f4op, provee resultados mejores que la
aproximación de Padé de segundo orden y
que la de Sthal y Hippe y se puede considerar
como mejor en su comportamiento general
que todas las otras aproximaciones existentes
comparadas.
la Integral del Error Absoluto de la Aproximación
del tiempo muerto (IEATt)
Se recomienda entonces la utilización de las
nuevas aproximaciones del tiempo muerto
encontradas en este estudio y en especial el de
la función f4op, en los estudios de los sistemas
de control.
(A6)
6.
APÉNDICE
Para la evaluación de la bondad de las
aproximaciones del tiempo muerto comparadas,
se establecieron las siguientes mediciones y
criterios:
•
(A4)
(A5)
y el Índice de Calidad de la Aproximación del
tiempo muerto (ICAti)
donde m tm es el tiempo necesario para garantizar
que la respuesta de todas las funciones hubieran
alcanzado su valor final.
•
Efecto sobre la respuesta al escalón
En forma similar se definió la Integral de la
respuesta al escalón de la planta con tiempo
muerto (ITMy)
Aproximación de la función exponencial
Se definió la Integral de la función Tiempo
Muerto (ITMe) como
(A1)
(A7)
la Integral del Error Absoluto de la Aproximación
de la respuesta al escalón (IEAyi) para cada
función fi
(A8)
y la Integral del Error Absoluto de la
Aproximación (IEAei) de cada aproximación de
la función exponencial fi como
y el Índice de Calidad de la Aproximación de la
respuesta al escalón (ICAyi)
(A2)
(A9)
La calidad de cada aproximación fi estará dada
por el Índice de Calidad de la Aproximación
(ICAei) definido como
en donde yo(fo,t) es la respuesta de la planta con
tiempo muerto a una entrada escalón unitario y
yi(fi,t) las respuestas de la planta utilizando las
aproximaciones del tiempo muerto.
(A3)
•
Aproximación del tiempo muerto puro
Para comparar cuán bien representaban las
aproximaciones la respuesta de un tiempo muerto
puro, se definió la Integral de la respuesta del
Tiempo Muerto (ITMt)
SIMBOLOGÍA
Gp(s)
Gc(s)
kp
Función de transferencia de la planta.
Función de transferencia del
controlador.
Ganancia estática.
52
tm
s
7.
Ingeniería 13 (1,2): 41-52, 2003 San José, Costa Rica
Constante de tiempo.
Tiempo muerto aparente.
Variable compleja.
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SOBRE EL AUTOR
Víctor M. Alfaro Ruiz
Profesor Asociado, Departamento de Automática,
Escuela de Ingeniería Eléctrica, Universidad de
Costa Rica.
Apartado postal 2-10, 2060 UCR, San José,
Costa Rica.
Teléfono: 207-4472, Facsímil. 207-4139
Correo electrónico:
[email protected]
El presente trabajo fue realizado como parte
del proyecto No 322-A3-007 inscrito en la
Vicerrectoría de Investigación de la Universidad
de Costa Rica.