Control Automático
Los
controladores o reguladores automáticos forman parte de todo tipo de
dispositivos que nos rodean, muchas veces sin ser conscientes de ello. Ejemplos
de controladores los podemos encontrar en el termostato de la calefacción o del
aire acondicionado, en el control de temperatura del horno o de la nevera, en
el regulador de nivel de luz, en la dirección asistida de los automóviles, el
sistema de parada en un piso de los ascensores de alta velocidad o, incluso, en
el sistema de llenado de agua de la cisterna del váter. Allí donde una
velocidad, un movimiento, temperatura, presión o nivel se mantienen regulados,
hay un controlador que realiza este trabajo.
Para
referirse a este tipo de sistemas se utiliza la denominación de controladores
automáticos o reguladores automáticos.
En esta
página se van a revisar los diferentes componentes de un sistema de control
automático y los diferentes tipos de control que existen, de lazo abierto y de
lazo cerrado.
Elementos de un sistema de control en lazo abierto
En la siguiente imagen se muestra un
esquema del sistema de control más sencillo, el control de lazo abierto.
En este esquema se pueden reconocer tres
bloques:
Sistema
También llamado en
ocasiones planta, es aquello que se desea controlar. En un horno el sistema
será la caja del horno en la que se desea controlar la temperatura. En el caso
de un sevomecanismo, el sistema será el motor y la reductora cuya posición se
desea controlar.
Accionador
Es el encargado de
convertir la señal de control, que tiene poca potencia, en una acción sobre el
sistema, que tiene mayor potencia. Volviendo al ejemplo del horno eléctrico, el
accionador será la resistencia calefactora y el sistema de potencia que la
enciende. En el caso de un servomecanismo, el accionador será el conjunto de
transistores y el motor que mueven el mecanismo.
Controlador
Está encargado de
recibir una señal de consigna o señal de referencia y convertirla en una señal que
consiga que el sistema alcance la referencia deseada.
En ocasiones el controlador, el
accionador y el sistema no tienen límites bien definidos o no existen en algún
sistema. En cualquier caso es interesante conocer los tres elementos a la hora
de identificar las diferentes partes de un sistema de control.
Ejemplos de sistemas de control en lazo abierto
Ejemplos de este tipo de control lo
podemos encontrar en múltiples objetos que nos rodean.
Control de potencia de un horno microondas.
El controlador está
formado por un dispositivo que enciende y apaga el horno a intervalos regulares
para conseguir mayor o menor potencia dependiendo del tiempo que dure el
encendido del microondas. Este sistema es llamado PWM (Pulse Width Modulation)
El accionador es el magnetrón que produce las microondas y el sistema será el
vaso de leche que se calienta en su interior.
Control de potencia de un calentador eléctrico de aire.
El controlador es el
interruptor que selecciona entre una o dos resistencias calefactoras. El
accionador está formado por las resistencias calefactoras y el ventilador. El
sistema es el aire caliente que sale y la habitación calentada.
Control de intensidad de luz.
El controlador es el
potenciómetro que se gira para conseguir mayor o menor luminosidad. El
accionador es el circuito electrónico de potencia y la lámpara que produce luz.
El sistema es la habitación iluminada.
Control de nivel de sonido en un equipo de audio.
El controlador es el
potenciómetro que se mueve para conseguir mayor o menor nivel de sonido. El
accionador es el amplificador y los altavoces del equipo de música. El sistema
es la habitación y el nivel de sonido que consigue.
Uno de los controladores en lazo abierto
más habituales es el temporizador. Este se puede encontrar en múltiples
dispositivos como una puerta de garaje, apagado automático de escaleras
automáticas, temporizador de un horno, etc.
En los sistemas en lazo abierto se puede
controlar que el sistema reciba más o menos accionamiento, pero no se puede
controlar con exactitud el punto en el que se encontrará el sistema controlado.
Por ejemplo en el caso del horno microondas, no se puede estar seguro de que la
leche no hervirá. Tampoco con el calentador eléctrico de aire se puede conocer
con exactitud la temperatura que alcanzará la habitación. En ambos casos el
resultado final dependerá del tamaño del vaso o de la habitación, de la temperatura
ambiente, el aislamiento, la potencia total del calentador, etc. Esta
desventaja de los sistemas en lazo abierto no impide que se utilicen con mucha
frecuencia por su gran sencillez y por ser muy robustos.
Elementos de un sistema de control en lazo cerrado
En la siguiente imagen se muestra un
esquema de un sistema de control en lazo cerrado.
Este tipo de sistema de control soluciona
el problema de los sistemas en lazo abierto, que dependen de las condiciones
ambientales. El nombre de lazo cerrado proviene de la señal del sensor que
vuelve al controlador, cerrando el lazo de control. Los elementos del sistema
de control en lazo cerrado son los mismos que los del sistema en lazo abierto
con dos añadidos:
El sensor mide el estado o variable a
controlar en el sistema (posición, temperatura, humedad, etc.) Esto permite
conocer el estado del sistema y corregir las desviaciones para que se pueda
conseguir la respuesta deseada.
El comparador. Este elemento está representado
por un círculo en el esquema. Su función es comparar la señal de referencia
r(t) y la señal de realimentación h(t) y calcular el error e(t) que existe
entre la respuesta deseada y el estado real del sistema. A partir de ese error
se puede conseguir llevar al sistema al estado deseado.
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