Sistemas de control en lazo abierto y lazo cerrado: estabilidad y función de transferencia

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Resumen

El documento explica la diferencia entre los sistemas de control en lazo abierto, que no realimentan la salida, y los de lazo cerrado, que sí la realimentan para corregir el error. También describe los criterios de estabilidad, la definición de función de transferencia como cociente de transformadas de Laplace y el papel del regulador o controlador en un bucle de control.

Puntos clave

  • En lazo abierto la señal de salida no influye sobre la señal de entrada.
  • En lazo cerrado existe realimentación: el error (entrada menos salida) actúa para reducirse a cero.
  • Los sistemas en lazo cerrado son más estables frente a perturbaciones, pero más lentos y complejos.
  • Un sistema es estable si, ante una entrada limitada, la salida tiende a un valor dentro de límites.
  • La función de transferencia G(S) es el cociente C(S)/R(S) de las transformadas de Laplace de salida y entrada.
  • El regulador o controlador interpreta el error y lo anula mediante el elemento accionador.

Ponte a prueba

Sistemas de Control: Lazo Abierto vs. Lazo Cerrado

4.1. Sistemas de control en lazo abierto

En ellos, la señal de salida no influye sobre la señal de entrada.

4.2. Sistemas de control en lazo cerrado

Son los circuitos en los que existe una realimentación de la señal de salida, de manera que la salida ejerce un efecto sobre la acción de control.

El error, que es la diferencia entre la señal de entrada y la de salida, actúa sobre los elementos de control en el sentido de reducirse a cero y llevar el valor de la señal de salida al valor de la señal de entrada.

El transductor que capta la variable de salida y la transforma en una señal comparable con la señal de entrada (señal realimentada) se suele denominar captador.

Los sistemas en lazo cerrado son mucho menos sensibles (más estables) a las perturbaciones que los de lazo abierto. Las perturbaciones afectarán a la salida, pero los cambios de ésta darán lugar, debido a la realimentación, a una señal de error que, a través del regulador, actuará sobre el proceso compensando las perturbaciones. Su inconveniente es que son de respuesta más lenta y más complejos que los de lazo abierto.

Análisis de la Respuesta de un Sistema de Control

Decimos que un sistema es estable cuando, ante una entrada de un valor limitado, la salida también tiende a un valor dentro de unos límites.

Otra condición es que el error permanezca por debajo de un límite.

Función de Transferencia

La función de transferencia (G) se define como el cociente entre las transformadas de Laplace (S) de las señales de salida y de entrada.

G(S) = C(S) / R(S)

El Regulador o Controlador

El regulador o controlador es el elemento fundamental de un bucle de control. Se encarga de interpretar el error (desviación entre la señal de salida deseada y la realmente obtenida) y de intentar anularlo a través del mando del elemento accionador.

Hoy en día se usa muy ampliamente el ordenador como elemento de control.

Gran parte de los controladores elaboran la señal de mando del accionador a través de un tratamiento de la señal de error.

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Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre un sistema de control en lazo abierto y uno en lazo cerrado?

En lazo abierto la salida no influye sobre la entrada. En lazo cerrado la salida se realimenta y el error entre entrada y salida actúa sobre el control para reducirlo a cero.

¿Por qué los sistemas en lazo cerrado son más estables?

Porque ante una perturbación que cambia la salida, la realimentación genera una señal de error que el regulador usa para compensarla. Su inconveniente es que responden más lentamente y son más complejos.

¿Cómo se define la función de transferencia?

Se define como el cociente entre las transformadas de Laplace de la señal de salida y de la señal de entrada, G(S) = C(S)/R(S).

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Test

1. En un sistema de control en lazo abierto, ¿qué ocurre con la señal de salida?
2. ¿Qué es el error en un sistema de lazo cerrado?
3. Comparados con los de lazo abierto, los sistemas de lazo cerrado son:
4. ¿Qué condición define la estabilidad de un sistema de control?
5. ¿Cómo se calcula la función de transferencia G(S)?

Preguntas generadas con IA a partir del documento: comprueba las respuestas con el texto.