¿Qué es un Sistema de Control? Un Sistema de
Control está definido como un conjunto de componentes que
pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin
de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que reduzcan
las probabilidades de fallos y se obtengan los resultados
buscados.
Finalidad de un Sistema de Control La finalidad de un sistema de
control es conseguir, mediante la manipulación de las
variables de control, un dominio sobre las variables de salida,
de modo que estas alcancen unos valores prefijados
(consigna).
Los Sistemas de Control deben cumplir los siguientes requisitos:
Garantizar la estabilidad y, particularmente, ser robustos frente
a perturbaciones y errores en los modelos. Ser tan eficientes
como sea posible, según un criterio preestablecido. Ser
fácilmente implementables y cómodos de operar en
tiempo real con ayuda de un ordenador.
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL SEGÚN SU
COMPORTAMIENTO
SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO Es aquel sistema en que solo
actúa el proceso sobre la señal de entrada y da
como resultado una señal de salida independiente a la
señal de entrada, pero basada en la primera. Esto
significa que no hay retroalimentación hacia el
controlador para que éste pueda ajustar la acción
de control. Es decir, la señal de salida no se convierte
en señal de entrada para el controlador.
Diagrama de bloque para sistema de control en lazo abierto
CARACTERÍSTICAS Son sencillos y de fácil concepto.
Nada asegura su estabilidad ante una perturbación. La
salida no se compara con la entrada. Son afectados por las
perturbaciones. Éstas pueden ser tangibles o intangibles.
La precisión depende de la previa calibración del
sistema.
Ejemplos de Sistemas de Control de Lazo Abierto Lavadora. La
tubería de agua de los hogares. Horno a gas. Una
cafetera.
SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO Es el sistema en el que la
señal de salida se realimenta a la entrada, para
contrarrestar los cambios en la salida debido a cambios
experimentados por la señal de entrada o por
perturbaciones externas al sistema. La retroalimentación
es una de las características de estos sistemas, sobre
todo la retroalimentación negativa. Aunque la
retroalimentación positiva se usa en algunos
sistemas.
Es imprescindible en las siguientes circunstancias: Cuando un
proceso no es posible de regular por el hombre. – Una
producción a gran escala que exige grandes instalaciones y
el hombre no es capaz de manejar. – Vigilar un proceso que es
especialmente duro en algunos casos y requiere una
atención que el hombre puede perder fácilmente por
cansancio o despiste, con los consiguientes riesgos que ello
pueda ocasionar al trabajador y al proceso.
Diagrama de bloques para Sistema de Control de Lazo Cerrado
CARACTERÍSTICAS Son complejos, pero amplios en cantidad de
parámetros. La salida se compara con la entrada y le
afecta para el control del sistema. Su propiedad:
retroalimentación. Son más estable a perturbaciones
y variaciones internas.
Ejemplos de Sistemas de Control de Lazo Cerrado Ascensor. Aire
Acondicionado. Piloto Automático de las aeronaves. Sistema
de posicionamiento de un telescopio.
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL EN FUNCIÓN
DEL TIEMPO
DE TIEMPO CONTINUO Si el modelo del sistema es una
ecuación diferencial, y por tanto el tiempo se considera
infinitamente divisible. Las variables de tiempo continuo se
denominan también analógicas.
DE TIEMPO DISCRETO Si el sistema está definido por una
ecuación de diferencias. El tiempo se considera dividido
en períodos de valor constante. Los valores de las
variables son digitales (sistemas binario, hexadecimal, etc), y
su valor solo se conoce en cada período.
DE EVENTOS DISCRETOS Si el sistema evoluciona de acuerdo con
variables cuyo valor se conoce al producirse un determinado
evento.
MODELADO DE UN SISTEMA DE CONTROL El modelado de un sistema de
control se lleva a cabo mediante tres representaciones o modelos:
Ecuaciones diferenciales, integrales, derivadas y otras
relaciones matemáticas. Diagrama de bloques. Diagrama de
flujo de análisis.
HERRAMIENTAS PARA EL MODELADO MATEMÁTICO DE UN SISTEMA DE
CONTROL
Trasformada de Laplace Se aplica para la solución del
modelado matemático de los Sistemas de Control de Tiempo
Continuo. Esta se define para una señal X(t) de la
siguiente manera:
Trasformada Z Se aplica para la solución del modelado
matemático de los Sistemas de Control de Tiempo Discreto.
Esta se define para una señal X[n] de la siguiente
manera:
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA Una función de
transferencia es un modelo matemático que a través
de un cociente relaciona la respuesta de un sistema (modelada) a
una señal de entrada o excitación (también
modelada). Se determina por la siguiente expresión:
Algunos software utilizados para la simulación de Sistemas
de Control MATLAB (SIMULINK) JAVA LABVIEW ECOSIMPRO
MODELADO DE SISTEMA DE LLENADO DE UN TANQUE
MODELADO DE SISTEMA DE LLENADO DE UN TANQUE Caudal de salida
Caudal Acumulado = Qi(s) + Qo(s) H(s) Qo(s) Qi(s) – Qo(s)
Caudal de entrada