Conceptos Esenciales de Regulación y Control: Lazo Abierto vs. Lazo Cerrado

Definición y Estructura de un Sistema Automático de Control y Regulación

Un Sistema Automático de Control y Regulación (SACR) es un conjunto de operadores tecnológicos interrelacionados dinámicamente. Estos sistemas están diseñados para regular sus actuaciones de manera autónoma, sin intervención exterior constante, y son capaces de corregir posibles errores que se presenten durante su funcionamiento.

Se caracterizan por la relación dinámica entre sus componentes, utilizando variables que proporcionan una respuesta acerca del comportamiento del propio sistema.

Representación mediante Diagrama de Bloques

A continuación, se presenta un ejemplo genérico de un sistema de control:

Diferencia entre Sistema de Control y Sistema de Regulación

¿Es lo mismo un Sistema de Control que un Sistema de Regulación?

Aunque a menudo se usan indistintamente, existe una distinción técnica:

• El Sistema de Regulación se caracteriza por operar siempre con un bucle de realimentación (lazo cerrado) activo, comparando continuamente el valor de consigna (deseado) con el valor real (medido). Su objetivo principal es mantener una variable en un valor fijo.
• El Sistema de Control (en su sentido más amplio) puede referirse tanto a sistemas de lazo cerrado como a sistemas de lazo abierto, donde la medición y comparación de la salida no existen.

Conceptos Fundamentales en Sistemas de Control

A continuación, se definen los términos clave utilizados en la ingeniería de control:

Variable Controlada (o de Salida)

Es una variable interna que depende del proceso. Son las variables que se pueden medir e indican cómo evoluciona el proceso.

Variable Manipulada

Es una variable de entrada que no depende del proceso, pero influye directamente en su comportamiento. Son las variables que se pueden modificar a voluntad para afectar la salida.

Valor de Referencia (o Consigna)

Es el valor prefijado o deseado que el comparador utiliza como baremo. Representa la respuesta que se espera del sistema.

Realimentación (Feedback)

Mecanismo mediante el cual la salida se mide y se compara con la entrada del sistema, permitiendo que la acción de control se establezca en función de la diferencia entre ambas.

Error

Es la diferencia entre el valor del punto de referencia (consigna) y el valor real (medido) de la variable controlada.

Comparador

Componente que proporciona una señal de error, calculada como la diferencia entre la señal medida en la salida del sistema automático y el valor fijado a priori (consigna).

Tipos de Control: Ejemplos Prácticos (Lazo Abierto vs. Lazo Cerrado)

En los siguientes ejemplos se indica el tipo de control utilizado y se razona la respuesta:

1. Aire Acondicionado

Tipo de Control: Lazo Cerrado (Realimentado).

Razonamiento: El usuario introduce el punto de referencia (temperatura deseada). El sistema utiliza un comparador que coteja la consigna y el valor real (medido por un sensor). Basándose en el error, calcula la cantidad de aire que debe emitir para mantener la habitación según la consigna introducida. La realimentación es esencial para corregir desviaciones.

2. Microondas

Tipo de Control: Lazo Abierto.

Razonamiento: El usuario solo programa el tiempo y la potencia (que actúan como señales de entrada). A partir de ahí, el sistema funciona sin medir la temperatura real del alimento ni compararla con una consigna. No existe un bucle de comparación y realimentación para corregir el proceso si el resultado no es el deseado.

Aplicaciones Específicas: El Servocontrol

Servocontrol de Dirección (Piloto Automático de un Avión)

Un Servocontrol de Dirección, cuando se utiliza como piloto automático en una aeronave, es un sistema de control realimentado diseñado para reforzar o sustituir el esfuerzo del piloto en el mando y manejo de la dirección (timón, alerones, etc.) del avión o barco. Su función es mantener la trayectoria o posición angular deseada con alta precisión.

Terminología Relacionada con Servosistemas

Servodirección

Sistema similar al servocontrol, aplicado específicamente a la dirección de vehículos terrestres (automóviles, camiones, autobuses, etc.), facilitando el giro del volante.

Servomando

Término general para un sistema auxiliar diseñado para suplir o amplificar la fuerza muscular de un operador humano.

Servofreno

Un servomando aplicado específicamente al sistema de frenado, común en automóviles, para reducir el esfuerzo requerido por el conductor.

Ganancia de un Servo de Posición

Se define como la relación entre la velocidad de salida y el error de posición: Ganancia = Velocidad de Salida / Error de Posición.