Los sistemas de control son aquellos dedicados a obtener la salida deseada de un sistema o proceso. En un sistema general se tienen una serie de entradas que provienen del sistema a controlar, llamado planta, y se diseña un sistema para que, a partir de estas entradas, modifique ciertos parámetros en el sistema planta, con lo que las señales anteriores volverán a su estado normal ante cualquier variación.
Un sistema de control básico es mostrado en la siguiente figura:
Hay varias clasificaciones dentro de los sistemas de control. Atendiendo a su naturaleza son analógicos, digitales o mixtos; atendiendo a su estructura (número de entradas y salidas) puede ser control clásico o control moderno; atendiende a su diseño pueden ser por lógica difusa, redes neuronales...
Los principales tipos de sistemas de control son:
Si/No. En este sistema el controlador enciende o apaga la entrada y es utilizado, por ejemplo, en el alumbrado público, ya que éste se enciendo cuando la luz ambiental es más baja que un pre-destinado nivel de luminosidad.
Proporcional (P). En este sistema la amplitud de la señal de entrada al sistema afecta directamente la salida, ya no es solamente un nivel pre-destinado sino toda la gama de niveles de entrada. Algunos sistemas automáticos de iluminación utilizan un sistema P para determinar con que intensidad encender lámparas dependiendo directamente de la luminosidad ambiental.
Proporcional derivativo (PD). En este sistema, la velocidad de cambio de la señal de entrada se utiliza para determinar el factor de amplificación, calculando la derivada de la señal.
Proporcional integral (PI). Este sistema es similar al anterior, solo que la señal se integra en vez de derivarse.
Proporcional integral derivativo (PID). Este sistema combina los dos anteriores tipos.
Redes neuronales. Este sistema modela el proceso de aprendizaje del cerebro humano para aprender a controlar la señal de salida.
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.
Clasificación de los sistemas de control según su comportamiento
Sistema de control de lazo abierto:
Es aquel sistema en que solo actua el proceso sobre la señal de entrada, y da como resultado una señal de salida independiente. Estos sistemas se caracterizan por:
Sencillos y de fácil conceptos
Nada asegura su estabilidad ante una perturbación
La salida no se compara con la entrada
Es Afectado por las perturbaciones
La precision depende de la previa calibración del sistema
Sistema de control de lazo cerrado:
Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Sus características son:
Complejos, pero amplios de parametros
La salida se compara con la entrada y la afecta para el control del sistema.
Estos sistemas se caracterizan por su propiedad de retroalimentación.
Más estable a perturbaciones y variaciones internas
Un ejemplo de un sistema de control de lazo cerrado sería el termotanque de agua que utilizamos para bañarnos.
Tipos de sistemas de control
Los sistemas de control son agrupados en tres tipos básicos:
Hechos por el hombre. Como los sistemas eléctricos o electrónicos que están permanentemente capturando señales de estado del sistema bajo su control y que al detectar una desviación de los parámetros pre-establecidos del funcionamiento normal del sistema, actúan la cibermania de la sala mediante sensores y actuadores, para llevar al sistema de vuelta a sus condiciones operacionales normales de funcionamiento.
Naturales, incluyendo sistemas biológicos. Por ejemplo los movimientos corporales humanos como el acto de indicar un objeto que incluye como componentes del sistema de control biológico los ojos, el brazo, la mano, el dedo y el cerebro del hombre. En la entrada se procesa el movimiento o no, y la salida es la dirección hacia la cual se hace referencia.
Cuyos componentes están unos hechos por el hombre y los otros son naturales. Se encuentra el sistema de control de un hombre que conduce su vehículo, este sistema está compuesto por los ojos, las manos, el cerebro y el vehículo. La entrada se manifiesta en el rumbo que el conductor debe seguir sobre la vía y la salida es la dirección actual del automóvil.
Un sistema de control puede ser neumático, eléctrico, mecánico o de cualquier tipo, y su función es recibir entradas, y coordinar una o varias respuestas según su lazo de control(para lo que esta programado).
Características de un sistema de control
Señal de corriente de entrada: Considerada como estímulo aplicado a un sistema desde una fuente de energía externa con el propósito de que el sistema produzca una respuesta específica.
Señal de corriente de salida: Respuesta obtenida por el sistema que puede o no relacionarse con la respuesta que implicaba la entrada.
Variable Manipulada: Es el elemento al cual se le modifica su magnitud, para lograr la respuesta deseada.
Variable Controlada: Es el elemento que se desea controlar.
Conversión: Mediante receptores se generan las variaciones o cambios que se producen en la variable.
Variaciones externas: Son los factores que influyen en la acción de producir un cambio de orden correctivo.
Fuente de energía: Es la que entrega la energía necesaria para generar cualquier tipo de actividad dentro del sistema.
Retroalimentación: La retroalimentación es una característica importante de los sistemas de control de lazo cerrado. Es una relación secuencial de causas y efectos entre las variables del sistema. Dependiendo de la acción correctiva que tome el sistema, éste puede apoyar o no una decisión, cuando en el sistema se produce un retorno se dice que hay una retroalimentación negativa; si el sistema apoya la decisión inicial se dice que hay una retroalimentación positiva.
La ingeniería en los sistemas de control
Los problemas considerados en la ingeniería de los sistemas de control, básicamente se tratan mediante dos pasos fundamentales como son:
El análisis
El diseño
En el análisis se investiga las características de un sistema existente. Mientras que en el diseño se escogen los componentes para crear un sistema de control que posteriormente ejecute una tarea particular. Existen dos métodos de diseño:
Diseño por análisis
Diseño por síntesis
El diseño por análisis modifica las características de un sistema existente o de un modelo estándar del sistema y el diseño por síntesis en el cual se define la forma del sistema a partir de sus especificaciones.
La representación de los problemas en los sistemas de control se lleva a cabo mediante tres representaciones básicas o modelos:
Ecuaciones diferenciales y otras relaciones matemáticas.
Diagramas en bloque.
Gráficas en flujo de análisis.
Los diagramas y las gráficas de flujo son representaciones gráficas que pretenden el acortamiento del proceso correctivo del sistema, sin importar si está caracterizado de manera esquemática o mediante ecuaciones matemáticas. Las ecuaciones diferenciales se emplean cuando se requieren relaciones detalladas del sistema. Cada sistema de control se puede representar teóricamente por sus ecuaciones matemáticas.
SISTEMA DE CONTROL MANUAL
El control manual abarca conmutar y regular individualmente los circuitos eléctricos; el número de las combinaciones conmutables aumenta considerablemente, de acuerdo con el número de circuitos.Teniéndose circuitos eléctricos regulables, son muchas las situaciones de iluminación posibles.Dónde está la diferencia con respecto al control de luz programable: Si la conmutación y la regulación se efectúan a mano, las combinaciones y los estados prácticamente dejan de ser reproducibles.
SISTEMAS DE CONTROL AUTOMATICO
Los sistemas de control automático son objetos o sistemas que, al recibir una señal de entrada, realizan alguna función de forma automática sin la intervención de las personas. El desarrollo de los sistemas de control automáticos ha supuesto que los objetos de consumo posean una autonomía tal que funcionan prácticamente sin intervención de las personas, no solo en la industria, sino también, y de forma más acusada, en el hogar. Así, aparatos como microondas, frigoríficos, sistemas de calefacción y aire acondicionado, alarmas antirrobo, ordenadores, etc., son aparatos que usamos habitualmente, mejorando la calidad de vida de las personas y realizando funciones de forma automática.
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