Fundamentos de los Sistemas de Control: Lazo Abierto y Cerrado

Conceptos Básicos de los Sistemas de Control

Sistemas de Control en Lazo Abierto

Los sistemas de control en lazo abierto son aquellos en los que la señal de salida no tiene influencia sobre la señal de entrada. El operador actúa sobre la señal de mando, y un componente del sistema de control, denominado transductor, transforma una magnitud de entrada en otra de salida más adecuada para su manipulación, conocida como señal de referencia. Esta señal, una vez amplificada, actúa sobre el proceso para obtener la señal controlada.

Si las condiciones de demanda exterior cambian, el sistema no lo detecta y, por lo tanto, continúa funcionando de la misma forma, sin tener conocimiento de esta perturbación exterior. Debería actuar en función de si la demanda exterior aumenta o disminuye. Ejemplos de sistemas de control en lazo abierto incluyen una simple tostadora, una lavadora o el control de velocidad de un motor en derivación.

Sistemas de Control en Lazo Cerrado

Los sistemas de control en lazo cerrado son aquellos en los que existe una realimentación de la señal de salida, la cual tiene efecto sobre la acción de control. El instrumento encargado de detectar la señal de salida para utilizarla de nuevo es el captador. Luego, se compara la señal de referencia con la señal controlada para determinar la diferencia entre ambas. Esta diferencia se denomina señal activa o señal de error, y es la que entra al regulador o controlador.

El controlador debe actuar de manera que la variable controlada siga las variaciones de la variable de referencia o corrija los efectos de las perturbaciones con la máxima rapidez, exactitud y el mínimo de oscilaciones posible. En este elemento se deben ajustar óptimamente unos parámetros para obtener una respuesta deseada. Ejemplos de sistemas de control en lazo cerrado son el mecanismo de llenado de una cisterna de agua, la acción de un ser humano al desplazarse, el dispositivo de direccionamiento de un cañón, los sistemas de control de nivel de líquidos y sólidos, y un climatizador.

Definiciones Clave en Sistemas de Control

• Perturbaciones: Señales indeseadas que intervienen de forma adversa en el funcionamiento de un sistema. Pueden ser internas (generadas dentro del sistema) o externas (generadas fuera del sistema).
• Planta o Sistema Controlado: Zona donde se encuentra un conjunto de componentes o productos que poseen una determinada función o aplicación.
• Proceso: Conjunto de operaciones que están por suceder y que tienen un fin determinado.
• Salida, Señal o Variable Controlada: Valor generado a la salida del sistema controlado, que debe mantenerse en un valor fijado de antemano gracias a la acción de gobierno de la unidad de control.
• Señal Activa, Diferencia o Error: Señal que indica la diferencia entre la señal de entrada de referencia y el resultado obtenido por el medidor a partir de la salida realimentada.
• Señal de Referencia: Señal generada por un transductor a partir de la señal de mando para gobernar la unidad de control.
• Señal: Información que representa una determinada magnitud física, así como su evolución, generalmente con el tiempo (pero no necesariamente).
• Sistema de Control: Combinación de componentes que actúan juntos para realizar el control. Inicialmente eran mecánicos, pero ahora están a cargo de la electrónica y la informática.
• Teoría de Regulación Automática o Teoría de Control: Estudia el comportamiento dinámico de un sistema frente a órdenes de mando o perturbaciones.
• Unidad de Control: Unidad que genera una acción de gobierno sobre el sistema controlado para producir la salida deseada sin la acción del operador.