SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
Aquellos en los que la variable de salida (variable controlada) no tiene efecto sobre la acción de control (variable de control).
Características
– No se compara la salida del sistema con el valor deseado de la salida del sistema (referencia).
– Para cada entrada de referencia le corresponde una condición de operación fijada.
– La exactitud de la salida del sistema depende de la calibración del controlador.
– En presencia de perturbaciones estos sistemas de control no cumplen su función adecuadamente.
– El control en lazo abierto suele aparecer en dispositivos con control secuencial, en el que no hay una regulación de variables sino que se realizan una serie de operaciones de una manera determinada. Esa secuencia de operaciones puede venir impuesta por eventos (event-driven) o por tiempo (timedriven). Se programa utilizando PLCs (controladores de lógica programable)
EJEMPLOS DE SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO ABIERTO
Regulación del volumen de un tanque.
Los primeros son manuales pues requieren que una persona ejecute una acción que indique al sistema qué hacer. Para mantener constante el nivel del agua en el tanque es necesario que una persona accione la válvula cuando el caudal cambie.
Amplificador.
Un ejemplo puede ser el amplificador de sonido de un equipo de música. Cuando nosotros variamos el potenciómetro de volumen, varia la cantidad de potencia que entrega el altavoz, pero el sistema no sabe si se ha producido la variación que deseamos o no.
Encendedor.
Un simple elemento como el encendedor trabaja como sistema, ya que está constituido básicamente por una rueda estriada, una piedra, un envase que contiene el gas licuado, una válvula para regular la salida del mismo; ninguna de estas partes puede por sí sola conseguir el objetivo: producir fuego; pero si todas ellas funcionan adecuadamente en conjunto, es un sistema de lazo abierto ya que no importa si el fuego calienta el material a calentar de manera adecuada
Semáforo.
Un ejemplo de sistema de lazo abierto es el semáforo. La señal de entrada es el tiempo asignado a cada luz (rojo, amarilla y verde) de cada una de las calles. El sistema cambia las luces según el tiempo indicado, sin importar que la cantidad de tránsito varíe en las calles
Horno de microondas
En el horno de microondas las llaves o botones de control fijan las señales de entrada, siendo la elevación de la temperatura de la comida o la cocción la salida. Si por cualquier razón la temperatura alcanzada, o el tiempo de aplicación del microondas ha sido insuficiente, y como consecuencia la comida no ha alcanzado las condiciones deseadas, esto no altera el ciclo de funcionamiento; es decir que la salida no ejerce influencia sobre la entrada.
SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO CERRADO
Sistema de control en lazo cerrado aquellos en los que la señal de salida del sistema (variable controlada) tiene efecto directo sobre la acción de control (variable de control).
Definición: control retroalimentado
– Operación que en presencia de perturbaciones tiende a reducir la diferencia entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia. Esta reducción se logra manipulando alguna variable de entrada del sistema, siendo la magnitud de dicha variable de entrada función de la diferencia entre la variable de referencia y la salida del sistema.
Clasificación
– Manuales: controlador operador humano
– Automático: controlador dispositivo
Neumático, hidráulico, eléctrico, electrónico o digital (microprocesador)
EJEMPLOS DE SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO CERRADO
Control iluminación de calles.
El sistema de control, a través de un transductor de realimentación, conoce en cada instante el valor de la señal de salida. De esta manera, puede intervenir si existe una desviación en la misma.
Sistema de iluminación de un invernadero.
A medida que la luz aumenta o disminuye se abrirá o se cerrara el techo manteniendo cte. el nivel de luz.
Sistema de refrigeración
Un sistema de refrigeración en donde uno ingresa algún producto y el refrigerador nivela la temperatura, si ingresas algo caliente el refrigerador tendrá que producir más frio hasta conseguir la temperatura a la cual se desea tener el producto.
Control de temperatura
Un ejemplo sería el sistema de control de temperatura de una habitación. Midiendo la temperatura real y comparándola con la temperatura de referencia (la temperatura deseada), el termostato activa o desactiva el equipo de calefacción o de enfriamiento para asegurar que la temperatura, de la habitación se conserve en un nivel cómodo sin considerar las condiciones externas.
DEFINICIONES
Variable de entrada: es una variable del sistema tal que una modificación de su magnitud o condición puede alterar el estado del sistema.
Variable de salida: es una variable del sistema cuya magnitud o condición se mide.
Perturbación: es una señal que tiende a afectar el valor de la salida de un sistema. Si la perturbación se genera dentro del sistema se la denomina interna, mientras que una perturbación externa se genera fuera del sistema y constituye una entrada.
Sistemas de control: Sistema de control es el conjunto de dispositivos que actúan juntos para lograr un objetivo de control
Planta: Es el conjunto de componentes o piezas que van a tener un determinado objetivo.
Transductor: Dispositivo que transforma un tipo de energía en otro más apto para su utilización. Si la energía trasformada es en forma eléctrica se llama sensor. Por ser el instrumento encargado de detectar la señal de salida para utilizarla de nuevo en el proceso de realimentación se le llama en los sistemas de control captador.
Sistema: es la combinación de componentes que actúan conjuntamente y cumplen un determinado objetivo.
Señal de referencia: señal que se calibra en función del valor a la salida del sistema.
Unidad de retroalimentación: señal que se calibra en función del valor a la salida del sistema.
Actuador: componente encargado de actuar sobre el proceso o maquina función de la señal recibida del amplificador. El actuador modifica la variable de entrada del proceso controlado.
Amplificador: elemento que aumenta la amplitud o intensidad de un fenómeno.
Señal activa: se denomina así a la señal de error que es la diferencia entre la señal de referencia y la señal realimentada.
Unidad de control: la constituyen uniones físicas de los automatismos cableados.
Controlador: elemento de los sistemas digitales que incluyen las funciones del comparador, el amplificador y el acondicionador de señales.
Controlador proporcional: Es un tipo de sistema de control de realimentación lineal.
Controlador Integral: Es un tipo de sistema de control de realimentación lineal.
Controlador derivativo: tiene una salida proporcional a la derivada de su entrada.
Controlador proporcional integral: En realidad no existen controladores que actúen únicamente con acción integral, siempre actúan en combinación con reguladores de una acción proporcional, complementándose los dos tipos de reguladores, primero entra en acción el regulador proporcional (instantáneamente) mientras que el integral actúa durante un intervalo de tiempo. (Ti= tiempo integral)
La Función de transferencia del bloque de control PI responde a la ecuación:
Controlador proporcional derivativo: La acción de control derivativa genera una señal de control proporcional a la derivada de la señal de error:
Controlador proporcional integral derivativo: Un PID es un mecanismo de control por realimentación que calcula la desviación o error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar una acción correctora que ajuste el proceso. El algoritmo de cálculo del control PID se da en tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional determina la reacción del error actual. El Integral genera una corrección proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso vía un elemento de control como la posición de una válvula de control o la energía suministrada a un calentador, por ejemplo. Ajustando estas tres variables en el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer un control diseñado para lo que requiera el proceso a realizar. La respuesta del controlador puede ser descrita en términos de respuesta del control ante un error, el grado el cual el controlador llega al "set point", y el grado de oscilación del sistema. Nótese que el uso del PID para control no garantiza control óptimo del sistema o la estabilidad del mismo. Algunas aplicaciones pueden solo requerir de uno o dos modos de los que provee este sistema de control. Un controlador PID puede ser llamado también PI, PD, P o I en la ausencia de las acciones de control respectivas. Los controladores PI son particularmente comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al ruido, y la ausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al valor deseado debido a la acción de control.
