Fundamentos de Automatización y Sistemas de Control: Lazo Abierto y Cerrado

Conceptos Fundamentales en Sistemas de Control

La automatización consiste en utilizar elementos que controlen si existe alguna variación en un proceso y, en caso afirmativo, se lleven a cabo las acciones correctoras adecuadas sin necesidad de intervención humana.

Definiciones Clave:

• Sistema: Combinación de componentes que actúan juntos para realizar una función de control.
• Variable de salida: Magnitud o condición de un sistema que se mide y se busca controlar.
• Perturbación: Señal indeseable que interviene de forma adversa en el funcionamiento de un sistema. Puede ser:
  • Externa: Constituye una entrada no deseada, como la temperatura de la habitación, la apertura o cierre de una puerta.
  • Interna: Originada por la propia actividad o el número de personas dentro del sistema.

Representación de Sistemas de Control

Diagramas de Bloques y de Flujo de Señal

Los diagramas de bloques son representaciones gráficas que muestran las interconexiones y relaciones entre las partes componentes de un sistema de control.

Los diagramas de flujo de señal son otro tipo de representación que contiene la misma información que los diagramas de bloques, pero con una estructura diferente.

Existe la regla de Mason, una herramienta fundamental que permite obtener una determinada relación de transferencias (función de transferencia global) sin necesidad de reducir el sistema a un único bloque, simplificando el análisis de sistemas complejos.

Diagrama Funcional o de Bloques

Estos diagramas se utilizan para describir el funcionamiento interno de un sistema (por ejemplo, sistemas de control de motores, procesos industriales o robótica). Se utiliza un ‘bloque’ para indicar una correspondencia proporcional entre dos señales, generalmente representadas en el dominio de las transformadas de Laplace.

La función de proporcionalidad o transmitancia relaciona las señales de entrada y salida de un bloque. También es una representación gráfica de la relación causa-efecto entre la entrada y la salida de un sistema físico. El bloque se representa por un rectángulo que contiene el nombre o la descripción del elemento o la operación matemática que se ejecuta sobre la entrada para obtener la salida.

Tipos de Sistemas de Control

Sistemas de Control en Lazo Abierto

En los sistemas de control en lazo abierto, la señal de salida no tiene influencia sobre la señal de entrada o la acción de control. El operador actúa directamente sobre la señal de mando (por ejemplo, ajustando la temperatura deseada en un horno sin retroalimentación de la temperatura real).

El transductor se encarga de transformar una determinada magnitud de entrada en otra de salida más adecuada, llamada señal de referencia. Esta señal, una vez amplificada, actúa sobre el proceso para obtener la señal controlada, sin que la salida afecte a la entrada.

Sistemas de Control en Lazo Cerrado (Retroalimentados)

En contraste con los sistemas de lazo abierto, en los sistemas de control en lazo cerrado, la señal de salida tiene un efecto directo sobre la acción de control, gracias a un mecanismo de retroalimentación. Esto permite corregir desviaciones y mantener la variable controlada cerca del valor deseado.

Componentes Clave en Lazo Cerrado:

• Señal de mando: Cualquier acción externa que condiciona el funcionamiento deseado de la planta o proceso.
• Señal de referencia: El valor deseado o punto de ajuste que se quiere mantener para la variable controlada.
• Señal controlada o de salida: El valor real que se obtiene del proceso o sistema.
• Señal de error: La diferencia entre la señal de referencia (valor deseado) y la señal de salida (valor real). Esta señal es utilizada por el controlador para generar la acción correctiva.