4. Tipos de sistemas de control
- Sistemas de control en lazo abierto.
- Sistemas de control en lazo cerrado.
Actividad
Sistema de control en lazo o bucle abierto:
En ellos la señal de salida no influye sobre la señal de entrada.
La exactitud de estos sistemas depende de su programación previa. Es preciso se prever las relaciones que deben darse entre los diferentes componentes del sistema, a fin de tratar de conseguir que la salida alcance el valor deseado con la exactitud prevista.
El diagrama de bloque de un sistema en lazo abierto es:
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| Imagen 9. Recurso propio. |
Estos sistemas se controlan directamente, o por medio de un transductor y un actuador. En este segundo caso el diagrama de bloques típico será:
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| Imagen 10. Recurso propio. |
La función del transductor es modificar o adaptar la señal de entrada, para que pueda ser procesada convenientemente por los elementos que constituyen el sistema de control.
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| Imagen 11. Wikipedia. Creative Commons. |
Un ejemplo de este tipo de sistemas es el proceso de lavado realizado por una lavadora automática. La señal de salida (blancura de la ropa) no influye en la entrada. La temperatura del agua, si incluye proceso de prelavado y lavado tienen una trascendencia importante, si está bien programada, cada proceso tendrá la duración adecuada para conseguir alcanzar el objetivo final, que será obtener la limpieza prevista.
Otro ejemplo de sistema en lazo abierto sería el alumbrado público controlado por interruptor horario. El encendido o apagado no depende de la luz presente, sino de los tiempos prefijados de antemano por el interruptor horario.
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| Imagen 12. Recurso propio. |
Una característica importante de los sistemas de lazo abierto es que dependen de la variable tiempo y la salida es independiente de la entrada.
Los sistemas en bucle abierto tienen el inconveniente de ser muy sensibles a las perturbaciones. Así por ejemplo en una sala cuya temperatura se controle mediante un sistema en lazo abierto, si circunstancialmente se quedase una ventana abierta (perturbación), el sistema no sería capaz de adaptarse a esta nueva situación y no se alcanzaría la temperatura deseada.
Actividad
Sistemas de control en lazo cerrado:
En ellos, la señal de salida influye en la entrada. Esto se consigue mediante un proceso de realimentación (feedback).
La realimentación es la propiedad de un sistema en lazo cerrado por la cual la salida (o cualquier otra variable controlada) es comparada con la entrada del sistema, de forma que el proceso de control depende de ambas.
En estos sistemas un transductor mide en cada instante el valor de la señal de salida y proporciona un valor proporcional a dicha señal.
Este valor relacionado con la señal de salida, se realimenta al sistema, de forma que ésta influye directamente sobre el proceso de control.
El diagrama de bloques correspondiente a un sistema de control en lazo cerrado es:
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| Imagen 13. Recurso propio. |
En él, la salida es realimentada hacia la entrada; ambas se comparan, y la diferencia que existe entre la entrada, que es la señal de referencia o consigna (señal de mando), y el valor de la salida (señal realimentada) es la señal de error.
Si la señal de error fuese nula, entonces la salida tendría exactamente el valor previsto.
De no ser nula, ésta ataca al controlador o regulador, donde es convenientemente amplificada si fuera necesario, convirtiéndose en la señal activa, capaz de activar al actuador, para que la salida alcance el valor previsto.
La señal de error, o diferencia entre los valores de la entrada y de la salida, actúa sobre los elementos de control tratando de reducir el error a cero y llevar la salida a su valor correcto. Se intenta que el sistema siga siempre a la señal de consigna.
Un ejemplo de este tipo de control sería el sistema de control de temperatura de una habitación. El transductor sería un dial con el que seleccionamos el grado de calentamiento deseado, el actuador será una caldera y el captador sería un termómetro. Éste último actúa como sensor midiendo la temperatura de la habitación, para que pueda ser comparada con la de referencia, si la temperatura no fuese directamente comparable, por medio de un transductor se convertiría en otra magnitud más manipulable.
El controlador es el componente que determina el comportamiento sistema, por lo que se debe diseñar con gran precisión. Es el cerebro del bucle de control.
Mientras que la variable controlada tenga el valor previsto, el regulador no actuará sobre el actuador, en el momento que la variable de salida se aleja del prefijado, surge la señal de error, que ataca al regulador modificando su señal, ordenando al actuador que actúe sobre la planta o proceso, en el sentido de anular la señal de error, un termostato realizaría esta función.
Los sistemas en lazo cerrado son prácticamente insensibles a las perturbaciones, ya que cualquier modificación de las condiciones del sistema que afecten a la salida, serán inmediatamente rectificadas por efecto de la realimentación, con lo que las perturbaciones se compensan, y la salida resulta independiente de éstas.
Los sistemas en lazo cerrado presentan las siguientes ventajas frente a los de lazo abierto.
- Más exactos en la obtención de los valores requeridos para la variable controlada.
- Menos sensibles a las perturbaciones.
- Menos sensibles a cambios en las características de los componentes.
Aunque tienen las siguientes desventajas:
- Son significativamente más inestables.
- Son más caros.
- Al ser más complejos son más propensos a tener averías, y presentan mayor dificultad en su mantenimiento.
Caso de estudio
Proponga un sistema de regulación que de forma automática encienda y apague el alumbrado público en función de la iluminación existente. Dibujar el diagrama de bloques del sistema explicando la función de los elementos que lo constituyen.
Explicar si se trata de un control en lazo abierto o cerrado.
Dibuja el diagrama de bloques correspondiente a este sistema.
