Propiedades y Estructura de los Sistemas de Control Automático: Conceptos Clave

Propiedades de los Sistemas de Control

Causalidad

La causalidad es la propiedad de los sistemas por la que cualquier modificación en los mismos se debe a excitaciones previas, es decir, existe una relación causa-efecto.

Dinámica

Los sistemas dinámicos son aquellos en los que los valores de las variables de salida dependen de los valores de las entradas en dicho instante y de su evolución previa.

Los sistemas estáticos son aquellos en los que las salidas dependen únicamente de las entradas en ese mismo instante.

Estructura de los Sistemas Automáticos

Un sistema automático típico consta de dos subsistemas principales:

• El subsistema controlado (planta o proceso)
• El subsistema de control (controlador o regulador)

La forma de conexión del sistema de control con el controlador da lugar a dos tipos de sistemas:

• Sistema de control de cadena abierta (lazo abierto)
• Sistema de control de cadena cerrada (sistemas realimentados)

Componentes de un Bucle de Control Típico

Un bucle de control típico está formado por los siguientes elementos:

• Sistema a controlar: el sistema físico (planta o proceso) que se desea controlar.
• Sensor o captador: mide la variable a controlar y la convierte en una magnitud, normalmente eléctrica.
• Generador de referencia: a partir de una señal de mando, genera una entrada de referencia, en unidades de la variable a controlar.
• Controlador o regulador: genera la actuación sobre el sistema en función del error medido.
• Actuador: se encarga de transformar la actuación, generalmente en magnitudes eléctricas, en una variable de acción física sobre el sistema, modificando su estado.

Variables en un Sistema de Control

• Variable controlada: salida del sistema que se desea controlar.
• Señal realimentada: medida de la variable controlada.
• Señal de mando: entrada del sistema, fijada manualmente.
• Señal de referencia: es la entrada al lazo.
• Señal de error: es la diferencia entre la referencia y la medida de la variable controlada.
• Señal de control: es la señal de actuación sobre el proceso.
• Variable manipulada: es la actuación del actuador sobre el sistema.
• Perturbaciones: señales indeseadas introducidas a la planta o proceso.

Objetivo de un Sistema de Control

El objetivo de un sistema de control es gobernar la respuesta de una planta o proceso sin que el operador intervenga directamente sobre los elementos de salida. Se compone de:

• Unidad de control
• Accionamientos
• Sensores
• Interfaces

Metodología para Analizar un Sistema de Control

1. Realidad del proceso físico (estudio de la dinámica).
2. Modelo de ecuaciones diferenciales (comportamiento del sistema).
3. Análisis (sistema estable o inestable).
4. Diseño de reguladores (comportamiento deseado).
5. Evaluación del desempeño (medición de resultados o simulaciones).
6. Si se cumplen los objetivos, se procede al desarrollo e implementación. Si no, se vuelve a la fase de modelo de ecuaciones diferenciales.