¿Cómo aplican los ingenieros eléctricos la teoría de control en la vida real?

Veo dos elementos de lo que estás preguntando aquí:

a) No tenemos idea de la función de transferencia del sistema de la planta. ¿Cómo podríamos encontrarlo?

b) Conocemos la estructura de la planta. ¿Cómo determinamos los parámetros?

(la planta es lo que estás tratando de controlar).

La diferencia entre a) yb) es que para b) conocemos el modelo o podemos derivar el modelo del circuito o sistema, pero para a) no lo sabemos.

Entonces, a) necesita un modelo de sistema del que luego podamos encontrar los parámetros. Para a) entendemos que todos los sistemas lineales se pueden modelar como MA (promedio móvil, solo ceros) o AR (autorregresivo, solo polos). Sí, un sistema MA se puede aproximar por y AR y viceversa. Entonces, un modelo muy común para adaptarse a todos los sistemas lineales es un modelo ARMAX que incorpora AR, MA y una entrada exógena (es decir, perturbación, compensación, etc.).

Ahora tenemos un modelo apropiado que nos lleva a b). Cómo encontrar los parámetros. Eso se puede hacer usando la identificación del sistema.

Vea el diagrama a continuación ( fuente ). Una vez que haya elegido el tipo de modelo adecuado, un sistema adaptativo como este puede identificar los parámetros de ese modelo. La idea es que el modelo adaptativo se ajuste para que coincida con el sistema desconocido, llevando e a cero.

Ahora, si quiere ir más allá y usar esto en un sistema de control; Este es un controlador adaptativo. Básicamente, un bloque de identificación del sistema y un diseñador de controladores. Este controlador adaptativo de identificación de modelo es muy típico ( fuente ).

En la vida real, es común usar la identificación del sistema fuera de línea (es decir, en su PC) usando un modelo ARMAX para identificar una planta desconocida. Luego use técnicas de colocación de polos para diseñar el controlador. Puede aplicar esto a cualquier sistema lineal.

En mi experiencia, es mucho más común derivar el modelo de un sistema (por ejemplo, un convertidor Buck ) y usarlo como compensación.

¿Puede alguien darme un ejemplo realista de cómo se puede caracterizar un dispositivo real utilizando la teoría de control (es decir, para que se conozca la función de transferencia del sistema) y qué significa físicamente diseñar el controlador o cambiar los polos? 100 puntos para la mayoría de los ejemplos de la vida real.

Algunos ejemplos típicos "de un dispositivo real" (del campo de la electrónica) que se diseñan/optimizan utilizando las reglas de la teoría de control son:

1.) Trazador XY: Para que la reacción del trazador sea rápida y exacta (sin demasiado sobreimpulso), la teoría de control muestra que debemos usar un controlador con una característica PD-T1.

2.) Control Automático de Ganancia (AGC) : Las investigaciones detalladas del lazo de control relevante muestran que es necesario usar un amplificador que sea "lineal en dB". Esto significa: La ganancia NO debe depender linealmente del voltaje de control, sino que debe seguir una ley exponencial. ¿Por qué? Porque solo en este caso la GANANCIA DE BUCLE (relevante para el comportamiento de bucle cerrado) es independiente de la tensión de entrada variable.

3.) Bucle de enganche de fase (PLL) : El PLL es un sistema altamente no lineal que está diseñado bajo algunas condiciones específicas que permiten aplicar las reglas de la teoría de control lineal. Esto se aplica, en particular, al filtro de bucle que determina principalmente el comportamiento dinámico del bucle cerrado, también en condiciones no lineales.