Sistemas de Control Automático: Fundamentos y Aplicaciones
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¿Qué son los Sistemas Automáticos de Control?
Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos conectados entre sí, de manera que regulan su actuación por sí solos, es decir, sin intervención de agentes exteriores, incluido el factor humano, corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento.
Analogía del Sistema de Control
Para entender un sistema de control, se puede utilizar la analogía del tirador con arco; el tirador es el elemento de mando (da las órdenes de subir o bajar el brazo) y el brazo es el elemento actuador.
La analogía se mejora evitando la presencia humana. En automática, este papel lo asume el circuito eléctrico o electrónico, o un ordenador.
Necesidad y Aplicaciones de los Sistemas Automáticos
Los sistemas automáticos son esenciales en diversas áreas:
- Procesos industriales:
- Aumentar la cantidad y mejorar la calidad.
- Reducir los costes de producción.
- Fabricar artículos que no podrían obtenerse por otros medios.
- Hogares: Ejemplos como la lavadora.
- Avances científicos: Misiones espaciales.
- Avances tecnológicos: Parabrisas automático.
Conceptos Clave
La regulación automática consiste en controlar una velocidad, una posición, una temperatura... a estas se les conoce como variables del sistema.
- Entrada: Es la excitación que se aplica a un sistema de control desde una fuente de energía externa, con el fin de provocar una respuesta.
- Salida: Es la respuesta que proporciona el sistema de control.
- Perturbación: Son las señales no deseadas que influyen de forma adversa en el funcionamiento del sistema.
Tipos de Sistemas Automáticos de Control
Los sistemas automáticos de control pueden clasificarse en:
- Naturales: Transpiración de la piel.
- Artificiales: Sistema de calefacción controlado por termostato.
- Mixtos: El sistema constituido por una persona que maneja un coche.
Sistemas de Bucle Abierto (o Lazo Abierto)
Dependen de su calibración, son sensibles a las perturbaciones. Un ejemplo es una lavadora.
Sistemas de Bucle Cerrado (o Lazo Cerrado)
Un sistema de control de bucle cerrado es aquel en el que la acción del control es dependiente de la salida. Para esto es necesario que la entrada se modifique en cada instante en función de la salida, lo que se conoce como retroalimentación.
La retroalimentación es la propiedad de un sistema de bucle cerrado por la cual la salida se compara con la entrada del sistema, de manera que la acción del control se establezca como una función de ambas. Los sistemas de bucle cerrado son muy poco sensibles a las perturbaciones.
El error, o diferencia entre los valores de entrada y de salida, actúa sobre todos los elementos de control en el sentido de reducirse a cero y llevar su salida a su valor correcto.
La Función de Transferencia
La función de transferencia supone una descripción matemática del sistema automático físico. Por medio de ella se puede conocer de una manera sencilla:
- Cómo va a comportarse el sistema.
- La estabilidad.
- Parámetros del sistema de manera que sea estable.
Las características de la función de transferencia dependen únicamente de las propiedades físicas de los componentes del sistema, no de la señal entrante.
La función de transferencia es muy útil para, una vez calculada la transformada de Laplace de la entrada, conocer de forma inmediata la transformada de Laplace de la salida. Calculando la transformada inversa se obtiene la respuesta en el tiempo del sistema ante esa entrada determinada.
Estabilidad del Sistema
Un sistema estable es aquel que permanece en reposo a no ser que se excite por una fuente externa, en cuyo caso alcanzará de nuevo el reposo una vez que desaparezcan todas las excitaciones.