Introducción a los Sistemas de Control

Instituto Técnico Industrial San Judas Tadeo – Tecnología de Control
Prof. Walter Carnero
INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL
Antes de abordar el mundo de los sistemas de control, debemos tener en claro
algunos conceptos, o sea, saber de qué estamos hablando cuando decimos "esto es un
Sistema de Control", ya habrás trabajado en clase con algunas ideas básicas, definiendo
palabras claves como Sistema, Control, y por supuesto Sistema de Control.
Por más complejo que un Sistema de Control sea, siempre el mismo se pondrá en
funcionamiento con estímulos de entrada y luego de ejecutar algún proceso nos entregará
una determinada salida. Para tener claro estos conceptos diremos que:
Entrada: Es el estímulo o excitación que se aplica a un sistema de control desde una fuente
de energía externa, generalmente con el fin de producir una respuesta específica.
Salida: Es la respuesta obtenida del sistema de control.
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL
a) Sistemas de control hechos por el hombre.
b) Sistemas de control naturales, incluyendo a los biológicos.
c) Sistemas de control mixtos.
Ejemplos de sistemas de control.
Un interruptor eléctrico constituye un sistema de control rudimentario. El aparato o persona
que acciona dicho conmutador no forma parte del sistema. La entrada constituye la
conmutación del dispositivo tanto hacia la conducción como al corte. Es decir, que la entrada
puede ser la conducción o el corte. La salida constituye la presencia o ausencia de flujo
eléctrico. Este es un ejemplo de sistema de control hecho por el hombre.
El sistema de transpiración es una parte del sistema de control de temperatura corporal.
Cuando la temperatura del aire exterior es superior que la de la piel, las glándulas
sudoríparas secretan en una mayor proporción, provocando el enfriamiento de la piel por
evaporación. La secreción se reduce cuando se ha obtenido el efecto de enfriamiento
necesario, o cuando la temperatura del aire baja.
La entrada de este sistema es la temperatura normal. La salida es la temperatura actual de la
piel. El sistema de control descrito es biológico.
El sistema formado por un avión y su piloto (sin que actúe el piloto automático) constituye un
sistema de control mixto, ya que el comandante actúa sobre controles mecánicos para
corregir el rumbo ante variaciones detectadas por su vista según lo registrado en los
instrumentos de vuelo.
La entrada la constituye el rumbo preciso que debe llevar el avión y la salida es la que
constituye el accionamiento de los controles pertinentes.
Este es un ejemplo de un sistema de control mixto.
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CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL (en función de cómo se realiza el
control).
a) Sistemas de control en anillo abierto.
b) Sistemas de control de anillo cerrado.
c) Sistemas de control con modelo de referencia.
d) Sistemas de control adaptativo.
e) Sistemas de control con aprendizaje.
Los principales de la clasificación realizada son los dos primeros, sobre ellos ampliaremos
sus principales características.
Sistemas de control en anillo abierto o de lazo abierto.
En este sistema la acción de control es independiente de la salida.
Las características principales son que la exactitud para realizar el control es función
de la calibración y no poseen el problema de inestabilidad.
Ejemplos:
Una tostadora eléctrica es un ejemplo de un sistema de control en anillo abierto, ya que la
regulación de la temperatura es efectuada por un termostato en base a un determinado
tiempo, independientemente de la "calidad" de la tostada.
Un semáforo realiza el control del tránsito en base a tiempos predeterminados,
independientemente del flujo de vehículos que circulen, esto constituye un sistema de control
en anillo abierto.
Se observa a continuación el diagrama de bloques de un Sistema de Control en lazo abierto.
Entrada
Proceso
Salida
Sistemas de control en anillo cerrado o de lazo cerrado.
Es aquel en el cual la acción de control es dependiente de la salida, es decir, depende
tanto de la entrada como del valor instantáneo que tome la variable de salida.
En otras palabras, se hace uso del efecto de realimentación con el objeto de reducir el
error que pudiera producirse en la variable de salida por la aparición de perturbaciones
en el sistema.
Ejemplos:
El control de temperatura de un ambiente por medio de un termostato constituye un sistema
de control en anillo cerrado, ya que cuando la temperatura del ambiente llegue a cierto valor
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prefijado, dicho controlador enviará una señal para que el equipo funcione, hasta que en el
ambiente se reduzca la temperatura, hasta el nivel inferior previamente tabulado; ocurrido
esto el equipo se detendrá hasta que se verifique la condición supuesta en el inicio de este
párrafo.
El acto de indicar un objeto con un dedo requiere de un sistema biológico constituido
fundamentalmente por los ojos, la mano, el dedo y el cerebro. La entrada es la dirección
precisa del objeto con respecto a alguna referencia y la salida es la dirección que se indica
con respecto a la misma referencia. El descrito es un sistema de control biológico.
Realimentación
Es la característica distintiva de los sistemas de lazo cerrado y se la define como la
propiedad de un sistema que permite que la salida sea comparada con la entrada al sistema,
de tal manera que se pueda establecer la acción de control apropiada como función de la
entrada y la salida.
Entrada
Salida
Proceso
Realimentación
Complejizando un poco el diagrama anterior podemos observar a continuación el diagrama
en bloques completo de un sistema de control realimentado.
Entrada
Elemento de
Control
Elemento de
Corrección
Elemento de
Proceso
Salida, Variable
controlada
Señal de Error
Elemento de
Medición
Realimentación
Características de la realimentación
Los rasgos más importantes son:
a) Aumento de exactitud.
b) Sensibilidad reducida de la razón salida/entrada a las variaciones en las
características.
c) Efectos reducidos de la no linealidad y de la distorsión.
d) Aumento del ancho de banda. (Es el intervalo de frecuencias de la entrada, en el cual
el sistema responde satisfactoriamente).
e) Tendencia a la oscilación o a la inestabilidad.
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