Fundamentos y Componentes Esenciales de los Sistemas de Control Automático

Evaluación de Conceptos Fundamentales en Sistemas de Control

A continuación, se presentan las correcciones y aclaraciones sobre las afirmaciones proporcionadas, organizadas por su veracidad (V) o falsedad (F).

Afirmaciones de Veracidad (V) y Falsedad (F)

• F - Una de las características de los sistemas de lazo abierto es que no son vulnerables a las perturbaciones. Presentan sensibilidad a perturbaciones. (Corrección: Los sistemas de lazo abierto son vulnerables a las perturbaciones).
• F - En los sistemas de lazo cerrado se pueden usar señales discretas y continuas. (Corrección: Esta afirmación es parcialmente cierta, pero la formulación original implica una restricción que no existe; los sistemas de lazo cerrado pueden manejar ambos tipos de señales, aunque la retroalimentación a menudo requiere conversión A/D o D/A).
• V - La retroalimentación consiste en usar información de la variable a controlar y compararla con la consigna para generar un error.
• F - Cuando se conoce la relación entre la señal de consigna y la señal *target* dentro de un sistema se puede generar un control. (Corrección: El control se genera comparando la variable medida con la consigna, no solo conociendo la relación entre consigna y *target*).
• V - Un modelo es una representación de un sistema o una parte de él con uno o varios objetivos.
• F - El control de lazo abierto solo se usa cuando el error existente es prácticamente 0. Se usa en aplicaciones que suelen ser básicas y no requieren control preciso. (Corrección: El control de lazo abierto se utiliza cuando las perturbaciones son despreciables o el sistema es inherentemente estable, independientemente de que el error sea cero).
• F - La señal de control neumática normalizada en sistemas de control son 15 psi. (Corrección: El rango normalizado estándar es de 3 a 15 psi, donde 3 psi suele ser el valor mínimo o de seguridad, y 15 psi el máximo).
• V - El objetivo de un sistema de control es modificar el comportamiento de la planta de acuerdo a algún criterio crítico de mejoramiento.
• V - Si se quiere utilizar un sistema de conteo rápido, el sensor inductivo, por tener mayor frecuencia en comparación al capacitivo, sería el más adecuado.
• V - El control PID permite tener señales tanto discretas como análogas para su procesamiento.
• V - La ventaja de la lógica programable respecto a la cableada es el ahorro de componentes y la flexibilidad.
• V - El sensor piezoeléctrico trabaja por deformación mecánica para entregar una señal de control eléctrica.
• V - Los sistemas de control están concebidos para minimizar el efecto de las perturbaciones manteniendo un valor de la variable estable.
• V - El control o regulación puede ser de tipo continuo u on-off continuo. (Aclaración: Generalmente se distingue entre control continuo y control On/Off, siendo este último un tipo de control discreto o de dos posiciones).

Conceptos Adicionales y Explicaciones

Diferencias Clave

• Diferencia entre Mando y Control: El Mando no tiene retroalimentación, mientras que el Control sí la implementa.

Explicación Detallada de un Sistema de Control (Ejemplo de Velocidad de Motor)

Para explicar un sistema de control, consideremos el ejemplo de regulación de velocidad de un motor hidráulico bidireccional:

El sistema busca mantener una velocidad deseada, definida por la señal de referencia (consigna).

Elementos y Funcionamiento:

1. Variable Controlada: La velocidad del motor.
2. Sensor y Transductor: Un velocímetro mide la velocidad real y genera una señal proporcional.
3. Comparación: Esta señal del sensor se envía al Controlador PID, donde se compara con la señal de referencia (consigna).
4. Error: La diferencia entre la consigna y la señal medida genera el error.
5. Actuador (Señal de Pilotaje): El controlador PID calcula una señal de pilotaje basada en este error.
6. Válvula Proporcional: Esta señal actúa sobre una válvula proporcional, la cual modula el flujo de fluido hidráulico.
7. Planta: La variación del flujo afecta la velocidad del motor hidráulico bidireccional.

Perturbaciones: Las variaciones en la carga aplicada al motor o fluctuaciones en la presión del sistema hidráulico actúan como perturbaciones que el sistema debe contrarrestar para mantener la velocidad estable.

Ejemplo de Sistema de Inyección de Combustible

En un sistema de control de inyección:

• Variable Controlada: La cantidad de combustible inyectado (o la potencia resultante).
• Variable Manipulada: La posición de la válvula de control o el tiempo de inyección.
• Diagrama Conceptual: Señal de referencia $\rightarrow$ Comparador $\rightarrow$ Controlador (PID) $\rightarrow$ Válvula Piloto $\rightarrow$ Cilindro de Potencia $\rightarrow$ Válvula de Control $\rightarrow$ Motor + Carga $\rightarrow$ Salida. Desde la salida, un sensor + transductor mide la variable controlada y retroalimenta al comparador.
• Perturbaciones: El aceite a presión que incide en el movimiento o variaciones en la calidad del combustible.

Funcionamiento de un Regulador de Caudal Compensado por Presión

Un regulador de caudal compensado por presión permite mantener el caudal requerido constante, independientemente de las variaciones en la presión del sistema, ajustando automáticamente la restricción interna.

Diferencia entre Señal Discreta y Continua

La diferencia fundamental radica en la naturaleza de la señal a lo largo del tiempo:

• Señal Discreta: Funciona mediante pulsos o valores cuantificados en el tiempo (digital).
• Señal Continua (Analógica): Se encuentra entregando valores en todo instante dentro de un rango definido (analógica).

Histeresis en un Instrumento

La histeresis en un instrumento de medición corresponde a la diferencia o el desfase que existe entre el valor medido al aumentar la variable (subida) y el valor medido al disminuir la variable (bajada), para el mismo punto de consigna o lectura, y no debe confundirse con la distancia máxima de censado.