Tornar a la portadaTecnologia · 4t ESO B · Canviar d'assignatura
Començar gratis
ESO 4tB · Tecnologia
Pensament computacional i robòtica · Sistemes de control

Llaç obert i llaç tancat

Un sistema de control és qualsevol dispositiu, mecànic o electrònic, que actua sobre una magnitud per portar-la o mantenir-la en un valor desitjat. La pregunta que el classifica no és si funciona sol, sinó si comprova el resultat de la seva pròpia actuació. Aquesta comprovació s'anomena realimentació, i d'ella depèn tota la teoria de control.

Et convé dominar: Els sistemes de control (3r d'ESO)
Et convé dominar: Operacions amb nombres enters (2n d'ESO)

El diagrama de blocs

El bloc de partida rep una consigna (o referència): el valor numèric que es vol assolir o mantenir. A partir d'aquesta, el controlador genera un senyal de control que l'actuador converteix en acció física sobre el procés, i es produeix una sortida o variable controlada.

Diagrama de blocs d'un sistema de control que mostra el flux des de la consigna cap al controlador, l'actuador i el procés. consigna controlador senyal de control actuador acció física procés variable controlada sortida
Practica★☆☆Sense començar
Explica amb les teves paraules què és un sistema de control en llaç obert i què és un en llaç tancat, i posa un exemple quotidià de cadascun que no sigui el termòstat.

Explica amb les teves paraules què és un sistema de control en llaç obert i què és un en llaç tancat, i posa un exemple quotidià de cadascun que no sigui el termòstat.

Resoldre
Practica★☆☆Sense començar
Defineix què és la consigna (valor de referència) d'un sistema de control i escriu quina és la consigna típica d'aquests tres sistemes: la calefacció d'una casa, el…

Defineix què és la consigna (valor de referència) d'un sistema de control i escriu quina és la consigna típica d'aquests tres sistemes: la calefacció d'una casa, el control de creuer d'un cotxe i el frigorífic.

Resoldre
Practica★☆☆Sense començar
Explica què és el comparador d'un sistema en llaç tancat: quins dos valors rep i quin resultat lliura al controlador.

Explica què és el comparador d'un sistema en llaç tancat: quins dos valors rep i quin resultat lliura al controlador.

Resoldre

Llaç obert

Diagrama de blocs d'un sistema en llaç obert: la consigna entra al controlador, que actua sobre el procés, i la sortida no es mesura ni torna a l'entrada. consigna (entrada) sortida senyal de control controlador procés Sense realimentació: la sortida no es mesura.
Practica★☆☆Sense començar
La figura mostra el diagrama de blocs d'un sistema en llaç tancat, però falta el nom del senyal que torna del sensor al punt de comparació (marcada amb «?»). a) Indica…

La figura mostra el diagrama de blocs d'un sistema en llaç tancat, però falta el nom del senyal que torna del sensor al punt de comparació (marcada amb «?»).

Diagrama de blocs d'un sistema de control en llaç tancat Consigna + − Controlador Actuador Procés Sortida Sensor ?
  1. a) Indica com es diu aquest senyal.
  2. b) Explica quina informació porta i per a què es fa servir.
Resoldre
Practica★☆☆Sense començar
Classifica aquests sistemes en llaç obert o llaç tancat i justifica cada resposta: (a) torradora de pa amb temporitzador, (b) aire condicionat, (c) semàfor de temps…

Classifica aquests sistemes en llaç obert o llaç tancat i justifica cada resposta: (a) torradora de pa amb temporitzador, (b) aire condicionat, (c) semàfor de temps fixos, (d) control de creuer d'un cotxe, (e) reg de jardí amb programador horari.

Resoldre
Practica★☆☆Sense començar
Vertader o fals, justificant la resposta amb un exemple: «un sistema en llaç obert corregeix sol els errors que comet».

Vertader o fals, justificant la resposta amb un exemple: «un sistema en llaç obert corregeix sol els errors que comet».

Resoldre

Llaç tancat i l'equació de l'error

Diagrama de blocs d'un sistema en llaç tancat: la consigna r(t) entra al comparador, que calcula l'error e(t) per al controlador; aquest actua sobre l'actuador i el procés, i la sortida y(t) es mesura amb un sensor i torna al comparador. r(t) consigna Σ comparador + − e(t) controlador actuador + procés y(t) sortida sensor realimentació — sensor
Practica★☆☆Sense començar
Relaciona cada terme amb la seva definició: (a) consigna, (b) error, (c) realimentació, (d) sortida. Definicions: (1) valor que es desitja mantenir; (2) diferència entre…

Relaciona cada terme amb la seva definició: (a) consigna, (b) error, (c) realimentació, (d) sortida. Definicions: (1) valor que es desitja mantenir; (2) diferència entre el valor desitjat i el valor real; (3) informació sobre l'estat real que torna a l'entrada; (4) magnitud que el sistema controla.

Resoldre
Practica★★☆Sense començar
Un termòstat està ajustat a una consigna de $22\ ^\circ\text{C}$ i l'habitació està a $19\ ^\circ\text{C}$. Calcula l'error que mesura el comparador i descriu què fa el…

Un termòstat està ajustat a una consigna de $22\ ^\circ\text{C}$ i l'habitació està a $19\ ^\circ\text{C}$. Calcula l'error que mesura el comparador i descriu què fa el sistema fins que l'error es fa zero.

Resoldre
Practica★★☆Sense començar
La figura mostra el llaç del control de creuer d'un cotxe, amb la consigna i la velocitat real indicades. Calcula l'error que falta, identifica quin element real fa de…

La figura mostra el llaç del control de creuer d'un cotxe, amb la consigna i la velocitat real indicades. Calcula l'error que falta, identifica quin element real fa de sensor i quin d'actuador, i explica quina ordre donarà el controlador.

Consigna 100 km/h + − error = ? Controlador Motor i rodes velocitat real 92 km/h Velocímetre
Resoldre

Pertorbacions i robustesa

Un sistema en llaç obert no té cap mecanisme per detectar una pertorbació: continua executant l'acció prevista, independentment que el resultat real s'allunyi del desitjat. Un sistema en llaç tancat, en canvi, tradueix qualsevol pertorbació en una variació de l'error mesurat i reacciona corregint el senyal de control. Aquesta capacitat de mantenir la sortida a prop de la consigna malgrat les influències externes s'anomena robustesa.

Diagrama de blocs d'un sistema en llaç tancat: la referència r(t) entra en un comparador Σ, el controlador actua sobre el procés, una pertorbació externa incideix en el procés i la sortida y(t) es realimenta cap al comparador. r(t) Σ + − controlador procés pertorbació y(t) la realimentació detecta l'efecte de la pertorbació
Practica★★☆Sense començar
Explica què és una pertorbació en un sistema de control i identifica la pertorbació principal en aquests llaços tancats: (a) termòstat amb una finestra oberta a…

Explica què és una pertorbació en un sistema de control i identifica la pertorbació principal en aquests llaços tancats: (a) termòstat amb una finestra oberta a l'hivern, (b) control de creuer en una pujada, (c) ompliment d'un dipòsit amb el desguàs obert.

Resoldre
Practica★★★Sense començar
Un vehicle circula amb el control de creuer fixat a $100\ \text{km/h}$. En començar a pujar un fort pendent, la seva velocitat cau fins a $92\ \text{km/h}$, triga…

Un vehicle circula amb el control de creuer fixat a $100\ \text{km/h}$. En començar a pujar un fort pendent, la seva velocitat cau fins a $92\ \text{km/h}$, triga $5\ \text{s}$ a tornar als $100\ \text{km/h}$ i fins i tot arriba a marcar momentàniament $102\ \text{km/h}$ abans d'estabilitzar-se. Un conductor afirma: «El sistema no funciona bé; si fos un llaç tancat eficaç, la velocitat mai no hauria baixat de $100\ \text{km/h}$ ni s'hauria passat després».

  1. a) Rebat l'afirmació del conductor explicant per què és físicamentGroup impossible que la correcció davant la pertorbació sigui instantània, identificant les limitacions de l'actuador i del procés.
  2. b) Analitza l'evolució de l'error ($e = v_{\text{consigna}} - v_{\text{real}}$): indica el seu signe i com varia en els tres moments clau (durant la caiguda a $92\ \text{km/h}$, en creuar els $100\ \text{km/h}$ i durant el pic de $102\ \text{km/h}$).
  3. c) Justifica a què es deu aquesta sobreoscil·lació de $102\ \text{km/h}$ en termes de la inèrcia del vehicle i el temps de resposta del llaç.
Resoldre
Practica★★★Sense començar
En la telemetria d'un automòbil equipat amb control de creuer es registren dos esdeveniments en un tram horitzontal d'autovia: Succés 1: A $t = 20\ \text{s}$, l'actuador…

En la telemetria d'un automòbil equipat amb control de creuer es registren dos esdeveniments en un tram horitzontal d'autovia:

  • Succés 1: A $t = 20\ \text{s}$, l'actuador incrementa la injecció de combustible de cop; la velocitat passa suaument de $90\ \text{km/h}$ a $120\ \text{km/h}$.

  • Succés 2: A $t = 80\ \text{s}$, la velocitat cau sobtadament de $120\ \text{km/h}$ a $111\ \text{km/h}$; una fracció de segon després el motor accelera fins a retornar la velocitat a $120\ \text{km/h}$.

  1. a) Identifica raonadament quin dels dos successos correspon a una pertorbació externa (com una ràfega de vent o un canvi de pendent) i quin a una modificació de la consigna per part del conductor.
  2. b) Explica en quin punt del diagrama de blocs entra el senyal causant en cada cas i com evoluciona l'error ($e = v_{\text{consigna}} - v_{\text{real}}$) en l'instant inicial de cada succés.
  3. c) Prediu què hauria passat amb la velocitat del vehicle en tots dos successos si el vehicle no tingués control de creuer (funcionant en llaç obert amb l'accelerador en posició fixa).
Resoldre

Resum

Veure tots els exercicis d'aquest apartat