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Lógica combinacional y control
Problema
2025 · Extraordinaria · Reserva
3B
Examen
a) Obtener las tablas de verdad de las siguientes funciones lógicas y simplificarlas mediante el método de Karnaugh:
F=xyz+xyz+xyzF = \overline{x} y z + x \overline{y} \overline{z} + x y z
G=abcd+abcd+abcd+abcdG = \overline{a} \overline{b} \overline{c} \overline{d} + \overline{a} b \overline{c} \overline{d} + a b c \overline{d} + a b c d
b) Explicar la función que realiza un controlador de acción proporcional e integral en un sistema de control de lazo cerrado.
Mapa de KarnaughTabla de verdadControlador PI
a) Obtención de las tablas de verdad y simplificación mediante el método de Karnaugh.

Función F=xyz+xyz+xyzF = \overline{x} y z + x \overline{y} \overline{z} + x y z Datos: La función FF tiene 3 variables (x,y,zx, y, z).Fórmulas: Los minterms corresponden a las combinaciones donde la función es 1.Sustitución:Minterms de F:m3=xyz=0112m_3 = \overline{x} y z = 011_2 m4=xyz=1002m_4 = x \overline{y} \overline{z} = 100_2 m7=xyz=1112m_7 = x y z = 111_2 Resultado: Tabla de verdad de FF:

xyzF00000010010001111001101011001111\begin{array}{|c|c|c||c|} \hline x & y & z & F \\ \hline 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 1 & 1 \\ 1 & 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 1 & 0 \\ 1 & 1 & 0 & 0 \\ 1 & 1 & 1 & 1 \\ \hline \end{array}

Simplificación de FF mediante mapa de Karnaugh:

\cline25\multicolumn1cx\yz000111100001011010\begin{array}{|c|c|c|c|c|} \cline{2-5} \multicolumn{1}{c|}{x \backslash yz} & 00 & 01 & 11 & 10 \\ \hline 0 & 0 & 0 & \boxed{1} & 0 \\ \hline 1 & \textcircled{1} & 0 & \boxed{\textcircled{1}} & 0 \\ \hline \end{array}

Agrupaciones:1. Agrupación de los minterms m3(011)m_3 (011) y m7(111)m_7 (111): xyz+xyz=yz\overline{x}yz + xyz = yz 2. Minterm m4(100)m_4 (100) está aislado: xyzx\overline{y}\overline{z} Resultado: Función simplificada F=yz+xyzF = yz + x\overline{y}\overline{z} Función G=abcd+abcd+abcd+abcdG = \overline{a} \overline{b} \overline{c} \overline{d} + \overline{a} b \overline{c} \overline{d} + a b c \overline{d} + a b c d Datos: La función GG tiene 4 variables (a,b,c,da, b, c, d).Fórmulas: Los minterms corresponden a las combinaciones donde la función es 1.Sustitución:Minterms de G:m0=abcd=00002m_0 = \overline{a} \overline{b} \overline{c} \overline{d} = 0000_2 m4=abcd=01002m_4 = \overline{a} b \overline{c} \overline{d} = 0100_2 m14=abcd=11102m_{14} = a b c \overline{d} = 1110_2 m15=abcd=11112m_{15} = a b c d = 1111_2 Resultado: Tabla de verdad de GG (se muestran solo las filas donde la función es 1):

abcdG00001010011110111111\multicolumn5c(el resto de combinaciones son 0)\begin{array}{|c|c|c|c||c|} \hline a & b & c & d & G \\ \hline 0 & 0 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 0 & 0 & 1 \\ 1 & 1 & 1 & 0 & 1 \\ 1 & 1 & 1 & 1 & 1 \\ \multicolumn{5}{c}{\text{(el resto de combinaciones son 0)}}\\ \hline \end{array}

Simplificación de GG mediante mapa de Karnaugh:

\cline25\multicolumn1cab\cd00011110001000011000110011100000\begin{array}{|c|c|c|c|c|} \cline{2-5} \multicolumn{1}{c|}{ab \backslash cd} & 00 & 01 & 11 & 10 \\ \hline 00 & \boxed{1} & 0 & 0 & 0 \\ \hline 01 & \boxed{1} & 0 & 0 & 0 \\ \hline 11 & 0 & 0 & \textcircled{1} & \textcircled{1} \\ \hline 10 & 0 & 0 & 0 & 0 \\ \hline \end{array}

Agrupaciones:1. Agrupación de los minterms m0(0000)m_0 (0000) y m4(0100)m_4 (0100): abcd+abcd=acd\overline{a}\overline{b}\overline{c}\overline{d} + \overline{a}b\overline{c}\overline{d} = \overline{a}\overline{c}\overline{d} 2. Agrupación de los minterms m14(1110)m_{14} (1110) y m15(1111)m_{15} (1111): abcd+abcd=abcabc\overline{d} + abcd = abc Resultado: Función simplificada G=acd+abcG = \overline{a}\overline{c}\overline{d} + abc

b) Explicación de la función de un controlador de acción proporcional e integral (PI) en un sistema de control de lazo cerrado.

Un controlador de acción proporcional e integral (PI) es un tipo de controlador de lazo cerrado que combina dos modos de control para mejorar el rendimiento de un sistema:1. Acción Proporcional (P): La salida del controlador es directamente proporcional al error actual del sistema. El error se define como la diferencia entre el valor de referencia (punto de ajuste) y el valor medido de la variable controlada. Esta acción proporciona una respuesta inmediata para corregir el error y reduce el tiempo de subida del sistema. Sin embargo, puede dejar un error en estado estacionario (offset) y generar oscilaciones si la ganancia proporcional es demasiado alta.2. Acción Integral (I): La salida del controlador es proporcional a la integral acumulada del error a lo largo del tiempo. Esta acción se encarga de eliminar el error en estado estacionario (offset) que la acción proporcional por sí sola podría no corregir. Al integrar el error, el controlador sigue ajustando su salida hasta que el error persistente se anula. Aunque mejora la precisión en estado estacionario, puede aumentar el sobreimpulso y ralentizar la respuesta transitoria si la ganancia integral no está correctamente ajustada.La combinación de ambas acciones en un controlador PI permite lograr un buen equilibrio entre una respuesta rápida (gracias a la acción P) y la eliminación del error en estado estacionario (gracias a la acción I), sin las complejidades de la acción derivativa. Es ampliamente utilizado en la industria por su robustez y eficacia en una gran variedad de aplicaciones.