CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL

Los sistemas de control se clasifi can en sistemas de lazo abierto (o no automáticos) y sistemas de lazo cerrado (retroalimentados o automáticos). Para llevar a cabo dicha clasifi cación, se hace la siguiente defi nición: Acción de control: Es la cantidad dosifi cada de energía que afecta al sistema para producir la salida o la respuesta deseada. 

a) Sistema de control de lazo abierto. 

Es aquel sistema en el cual la acción de control es, en cierto modo, independiente de la salida. Este tipo de sistemas por lo general utiliza un regulador o actuador con la fi nalidad de obtener la respuesta deseada (fi gura 1.8).

La capacidad que tales sistemas tienen para ejecutar una acción con exactitud depende de su calibración. En general, los sistemas de lazo abierto están regulados por base de tiempo. Como ejemplo de dichos sistemas se citan los tostadores de pan, las lavadoras (¿au tomá ticas?), los hornos de microondas y los semáforos convencionales.

b) Sistema de control de lazo cerrado.

Es aquel sistema en el cual la acción de control depende de la salida. Dicho sistema utiliza un sensor que detecta la respuesta real para compararla, entonces, con una referencia a manera de entrada. Por esta razón, los sistemas de lazo cerrado se denominan sistemas retroalimentados. El término retroalimentar signifi ca comparar; en este caso, la salida real se compara con respecto al comportamiento deseado, de tal forma que si el sistema lo requiere se aplica una acción correctora sobre el proceso por controlar. La fi gura 1.9 muestra la confi guración de un sistema retroalimentado.

Definamos las siguientes variables: 

r(t) = Entrada de referencia. 

e(t) = Señal de error. 

v(t) = Variable regulada. 

m(t) = Variable manipulada. 

p(t) = Señal de perturbación. 

y(t) = Variable controlada. 

b(t) = Variable de retroalimentación como resultado de haber detectado la variable controlada por medio del sensor.

Con respecto a la figura anterior, la entrada de referencia r se compara con la variable de retroalimentación b. El comparador lleva a cabo la suma algebraica de r − b, con lo cual genera la señal de error e, variable que ejerce su efecto sobre el controlador. Esto da lugar a la variable regulada v, que se aplica al elemento fi nal de control y produce la variable manipulada m; la función de dicha variable es suministrar la cantidad de energía necesaria al proceso por controlar. La variable controlada y resulta de ajustar el comportamiento del proceso. 

Los bloques comparador y controlador forman parte de una misma unidad, la cual recibe el nombre genérico de controlador. 

Como ejemplos de sistemas de lazo cerrado se citan: el refrigerador, el calentador de agua casero, el llenado de un tinaco por medio de una bomba y el control de temperatura de una habitación por medio de termostato. 

Para convertir al tostador de pan (fi gura 1.8) de lazo abierto a lazo cerrado, es necesario agregar un sensor que detecte las variaciones en el color del pan durante el proceso de tostado, así como un comparador para evaluar el grado de tueste real del pan con respecto al grado de tueste deseado (referencia introducida por el usuario). De esta manera, si hay una diferencia entre las dos cantidades, se efectuará la acción de dosificación de energía requerida hasta que la salida real sea igual a la referencia. Por esta razón se dice que la acción de control aplicada al proceso por controlar es dependiente de la salida.

La figura 1.10 muestra al tostador que ahora es en realidad automático, ya que se han agregado un sensor (celda fotoeléctrica) y un comparador.

En teoría, todo sistema de lazo abierto puede convertirse a lazo cerrado; sin embargo, la limitante es el sensor, ya que no siempre es posible detectar la salida del proceso. Las características de los sistemas de lazo cerrado son: 

• Aumento de exactitud en el control del proceso. 
• Sensibilidad reducida en las variaciones de las características del sistema. 
• Efectos reducidos de la no linealidad y la distorsión. 
• Aumento de ancho de banda del sistema. 
• Tendencia a la inestabilidad. 

La interpretación de lo anterior se da a continuación:

Aumento de exactitud en el control del proceso. La retroalimentación atenúa el error para lograr el objetivo de control.

Sensibilidad reducida en las variaciones de las características del sistema. 

Se refiere a que, dentro de ciertos límites, uno o varios componentes del sistema pueden sustituirse por elementos semejantes al componente original, sin que se aprecien resultados significativos en el desempeño del sistema resultante. 

Efectos reducidos de la no linealidad y la distorsión. Los efectos de la no linealidad y de la distorsión, dentro de ciertos rangos, pueden ser no significativos debido a la retroalimentación, ya que ésta tiende a ajustar la respuesta del sistema. 

Aumento de ancho de banda del sistema. Con la retroalimentación, el rango de operación del sistema en el dominio de la frecuencia se incrementa. 

Tendencia a la inestabilidad. Salvo las anteriores características, el único problema, pero grave, que causa la retroalimentación es la tendencia del sistema a la inestabilidad.