Sistemas Automáticos de Control

Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento. Presentan una parte actuadora que realiza la acción, y otra parte de control, que genera las órdenes necesarias para que esa acción se lleve o no a cabo.

Conceptos Básicos

  • Entrada: es la excitación que se aplica a un sistema de control desde una fuente de energía externa, con el fin de provocar una respuesta.
  • Salida: es la respuesta que proporciona el sistema de control.
  • Perturbación: son las señales no deseadas que influyen de forma adversa en el funcionamiento del sistema.

Tipos de Sistemas Automáticos de Control

Los sistemas automáticos de control pueden ser:

  • Naturales: por ejemplo, el control de temperatura que posee el organismo humano, que es la transpiración.
  • Artificiales: sistemas de calefacción controlado por un termostato.
  • Mixtos: el sistema constituido por una persona que maneja un automóvil o el sistema constituido por una persona en la ducha.

Sistemas de Control en Lazo Abierto

Un sistema de control en lazo abierto es aquel en el que la señal de salida no influye sobre la señal de entrada.

  • El transductor modifica la naturaleza de la señal de entrada al sistema de control.
  • El actuador o accionador modifica la entrada al sistema comandado por la salida del transductor.

El principal inconveniente que presentan los sistemas de lazo abierto es que son extremadamente sensibles a las perturbaciones.

Sistemas de Control en Lazo Cerrado

Un sistema de control en lazo cerrado es aquel en el que la acción de control es, en cierto modo, dependiente de la salida.

La realimentación es la propiedad de un sistema en lazo cerrado por la cual la salida, o cualquier otra variable del sistema que esté controlada, se compara con la entrada del sistema, de manera que la acción de control se establezca como una función de ambas.

Los sistemas de control en lazo cerrado son aquellos en los que existe una realimentación de la señal de salida, de manera que esta ejerce un efecto sobre la acción de control.

El error o diferencia entre los valores de la entrada y de la salida actúa sobre los elementos de control en el sentido de reducirse a cero y llevar la salida a su valor correcto.

La salida del sistema de regulación se realimenta mediante un captador. En el comparador, la señal de referencia, que es la salida del transductor, se compara con la señal de salida medida por el captador.

Los sistemas de lazo cerrado son muy poco sensibles a las perturbaciones.

Componentes de los Sistemas de Control

El Regulador

Es el elemento fundamental en un sistema de control, ya que condiciona la acción del elemento actuador en función del error obtenido. La forma en que el regulador genera la señal de control se denomina acción de control:

  • Acción proporcional: el tratamiento consiste en una amplificación de la señal de error. El elemento final se modifica de manera proporcional al error.
  • Acción integral: el regulador suministra una acción de control cuyo valor es proporcional a la integral de la señal de error. En este tipo de control, la acción varía según la desviación de la señal de salida y el tiempo durante el que esta desviación se mantiene.
  • Acción diferencial: es de tipo capacitivo; al actuar según el valor de la derivada, detecta anticipadamente si va a existir una sobreoscilación excesiva, proporcionando así la acción de control adecuada para evitarla antes de que tenga lugar.

Transductores y Captadores

El transductor tiene la misión de traducir o transformar una magnitud de entrada en otra de salida que sea más fácil de procesar. El captador tiene la misión de captar una determinada información en el sistema para realimentarla. La única diferencia entre ambos está en el lugar en el que se colocan en el sistema. Los transductores pueden ser:

Transductores de Posición, Proximidad y Desplazamiento

  • Transductores resistivos: basados en la variación de resistencia eléctrica.
  • Transductores inductivos.
  • Transductores capacitivos: su fundamento radica en que muchas magnitudes físicas pueden modificar los parámetros geométricos del condensador, o bien actuar sobre el dieléctrico interpuesto entre armaduras.
  • Interruptores de final de carrera: sirven para determinar la posición de un objeto o de una pieza móvil. Cuando esta alcanza uno de los extremos de su movimiento, cambian los contactos del interruptor.
  • Ultrasonidos: son vibraciones en un medio material, cuya frecuencia es superior a la perceptible por el oído humano.
  • Radar: es un sistema para detectar, mediante el empleo de ondas electromagnéticas, la presencia y la distancia a la que se encuentran objetos que interceptan su propagación.

Transductores de Velocidad

La medición de la velocidad angular se lleva a cabo en la industria por medio de tacómetros. El resultado de la medida expresa el número de revoluciones por minuto. Existen:

  • Tacómetros eléctricos: utilizan transductores que convierten la velocidad de giro del eje en una señal eléctrica.

Transductores de Temperatura

Puede llevarse a cabo por medio de termorresistencias, termistores, termopares o pirómetros de radiación.

Transductores de Presión

  • Transductores mecánicos: miden la presión:
    • De forma directa, comparándola con la que ejerce un líquido de densidad y altura conocidas.
    • Indirectamente, a través de la deformación que experimentan diversos elementos elásticos constituyentes del transductor, a causa de la presión ejercida por el fluido que contienen.
  • Transductores electromecánicos: utilizan un elemento mecánico elástico combinado con un transductor eléctrico que se encarga de generar la señal eléctrica correspondiente.

Medida de la Iluminación

  • Fotorresistencias: son conocidas también como LDR; son células fotorresistivas cuya resistencia eléctrica depende del flujo luminoso que incida sobre ellas por unidad de superficie.
  • Fotodiodos: el funcionamiento se basa en la conducción inversa de un diodo cuando este se somete a la acción de la luz. Al aumentar la cantidad de luz, se incrementa la circulación de corriente inversa.
  • Fototransistores: el funcionamiento es similar a un transistor normal en el que la corriente que se inyecta por la base del transistor ha sido sustituida por luz.
  • Sensores ópticos: se utiliza un diodo llamado LED que emite luz cuando pasa por él la corriente, y que forma una barrera con un fotodiodo o un fototransistor.

Comparadores

En el comparador, la señal de consigna se compara con la de salida medida por el captador, con lo que se genera la señal de error. La diferencia entre el valor medio de la variable controlada y el valor de consigna se puede obtener por diferentes procedimientos:

  • Neumáticos: determina la diferencia de dos señales en forma de presión mediante el uso de un fuelle.
  • Mecánicos: se comparan, por ejemplo, dos movimientos.
  • Eléctricos: la señal de error se obtiene, en este caso, como una diferencia de potencial.
  • Electrónicos: la comparación se puede realizar a base de dispositivos electrónicos.

Actuadores

Son los elementos finales de control, que funcionan como órganos de mando de una válvula, una compuerta, etc. Entre ellos podemos citar los interruptores y relés capaces de obedecer a una señal eléctrica o neumática procedente del regulador y de actuar sobre la planta o proceso modificando alguno de sus parámetros fundamentales de funcionamiento.

  • Válvulas de control: realiza la función de variar el caudal del fluido de control para que este modifique a su vez el valor de la variable medida. Una válvula de control se comporta como un orificio de área continuamente variable.