Sistemas De Control Digital Kuo
Sistemas de Control Digital Kuo
Los sistemas de control digital son aquellos que utilizan dispositivos electrónicos digitales para procesar y regular las señales de entrada y salida de un sistema dinámico. Estos sistemas tienen ventajas como mayor precisión, facilidad de implementación, flexibilidad de diseño y menor costo que los sistemas de control analógicos. Sin embargo, también presentan desafíos como la conversión y el muestreo de las señales, la estabilidad y el diseño de los controladores.
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Uno de los libros más reconocidos y utilizados en el campo de los sistemas de control digital es el escrito por Benjamin C. Kuo, profesor emérito de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. El libro, titulado "Sistemas de Control Digital", fue publicado por primera vez en 1980 y ha tenido varias ediciones y traducciones a diferentes idiomas. El libro abarca los conceptos fundamentales y las técnicas avanzadas de análisis y diseño de sistemas de control digital, con ejemplos prácticos y problemas resueltos.
El libro se divide en 14 capítulos que tratan los siguientes temas:
Conversión y procesamiento de señales: se explica cómo convertir las señales analógicas en digitales mediante el uso de dispositivos como los convertidores analógico-digital (ADC) y los convertidores digital-analógico (DAC), así como las técnicas para procesar las señales digitales mediante filtros, interpolación y decimación.
Transformada z: se introduce la transformada z como una herramienta matemática para analizar las señales y los sistemas discretos en el dominio z, que es análogo al dominio s para los sistemas continuos. Se estudian las propiedades y los teoremas de la transformada z, así como su relación con la transformada de Laplace.
Funciones de transferencia, diagramas de bloques y gráficas de flujo de señal: se definen las funciones de transferencia para los sistemas discretos y se muestran cómo representarlos mediante diagramas de bloques y gráficas de flujo de señal, que son herramientas gráficas para simplificar el análisis y el diseño de los sistemas.
Técnicas con variables de estado: se presenta el concepto de variables de estado como una forma alternativa de describir los sistemas dinámicos, tanto continuos como discretos. Se estudian las ecuaciones de estado, la matriz de transición de estado, la solución temporal y la respuesta en frecuencia.
Controlabilidad, observabilidad y estabilidad: se definen los conceptos de controlabilidad y observabilidad como propiedades que determinan si un sistema puede ser controlado o observado mediante entradas o salidas adecuadas. Se estudian los criterios y los métodos para verificar la controlabilidad y la observabilidad. Se define el concepto de estabilidad como la propiedad que determina si un sistema tiende a permanecer en un estado deseado o a alejarse de él. Se estudian los criterios y los métodos para verificar la estabilidad, tanto en el dominio del tiempo como en el dominio z.
Análisis en el dominio del tiempo y en dominio z: se analizan las respuestas temporales y frecuenciales de los sistemas discretos ante diferentes tipos de entradas, como escalón, rampa, impulso o sinusoidal. Se estudian los indicadores de desempeño como el tiempo de establecimiento, el sobreimpulso, el error en estado estacionario o el margen de fase.
Análisis en el dominio de la frecuencia: se analizan las respuestas frecuenciales de los sistemas discretos mediante el uso del diagrama de Bode, que es una representación gráfica del módulo y la fase de la función de transferencia en función de la frecuencia. Se estudian las características de frecuencia como el ancho de banda, la ganancia cruzada o el margen de ganancia.
Simulación y rediseño digital: se explica cómo simular el comportamiento de los sistemas de control digital mediante el uso de programas informáticos como MATLAB o SIMULINK, que permiten modelar, analizar y diseñar los sistemas de forma interactiva y visual. Se explica cómo rediseñar un sistema de control analógico en uno digital mediante el uso de técnicas como el mapeo bilineal o el mapeo de Tustin.
Diseño de sistemas de control discretos: se presentan los métodos y las técnicas para diseñar los controladores para los sistemas de control digital, tanto en el dominio del tiempo como en el dominio z. Se estudian los tipos de controladores como el proporcional, el integral, el derivativo o el PID, así como los métodos de diseño como el lugar geométrico de las raíces, el método del polinomio característico o el método del lugar de las raíces.
Control óptimo: se introduce el concepto de control óptimo como aquel que minimiza una función objetivo que representa el costo o el rendimiento del sistema. Se estudian los métodos de control óptimo como el principio del máximo de Pontryagin, la ecuación de Riccati o el método de LQG (control lineal cuadrático gaussiano).
Control con microprocesadores y PDS: se explica cómo implementar los sistemas de control digital mediante el uso de dispositivos electrónicos como los microprocesadores o los procesadores digitales de señales (PDS), que son circuitos integrados especializados en realizar operaciones matemáticas con alta velocidad y precisión. Se estudian las características y las funciones de estos dispositivos, así como las técnicas para programarlos y comunicarlos.
Números de punto fijo y de punto flotante: se explica cómo representar los números reales en los dispositivos digitales mediante dos formatos: el punto fijo y el punto flotante. Se estudian las ventajas y las desventajas de cada formato, así como los efectos que producen en la precisión y la velocidad de los cálculos.
Modelado matemático del muestreo con la integral de convolución: se presenta una forma alternativa de modelar matemáticamente el proceso de muestreo mediante el uso de la integral de convolución, que es una operación que combina dos señales para producir una tercera. Se estudian las propiedades y las aplicaciones de la integral de convolución, así como su relación con la transformada z.
El libro "Sistemas de Control Digital" es una obra clásica y fundamental para los estudiantes e ingenieros que quieren aprender y profundizar en el campo de los sistemas de control digital. El libro ofrece una exposición clara y rigurosa de los conceptos teóricos y prácticos, con numerosos ejemplos, problemas, figuras y tablas que facilitan la comprensión y la aplicación. El libro es una referencia indispensable para quienes quieren estar al día en los avances y las tendencias de esta disciplina tan importante e innovadora.
Para más información sobre el libro, se puede consultar las siguientes fuentes:
[SISTEMAS DE CONTROL DIGITAL - Benjamin C. Kuo - Google Books]
[Digital control systems : Kuo, Benjamin C., 1930- : Free Download, Borrow, and Streaming : Internet Archive]
[Digital Control Systems - Benjamin C. Kuo - Oxford University Press]