Fundamentos y Componentes Clave de los Sistemas de Control Automático

Introducción a los Sistemas de Control

Los sistemas de control son esenciales en la automatización industrial y doméstica. A continuación, se definen los componentes y conceptos fundamentales que rigen su funcionamiento.

Tipos de Lazo de Control

Lazo Abierto

El sistema de control no tiene información del valor de la señal de salida. Por lo tanto, no podrá intervenir de manera autónoma en su corrección. Ejemplo: Proceso de lavado (donde el tiempo de ciclo es fijo, independientemente de la limpieza real).

Lazo Cerrado

A través de un transductor de realimentación, se conoce en cada instante el valor de la señal de salida, lo que permite intervenir si existe una desviación en la misma. Ejemplo: Control de iluminación de calles (que se ajusta según la luz ambiental detectada).

Componentes Fundamentales del Sistema

• Señal de Referencia o Consigna

  Es una señal externa de control que impone el valor deseado en la señal de salida. Ejemplo: El selector de temperatura en el control de climatización de una habitación.

• Señal de Salida o Respuesta

  Es el valor real que toma en cada instante la magnitud que se pretende controlar.

• Perturbaciones

  Se producen de forma imprevista y provocan una desviación de la señal real respecto de la señal deseada. Pueden ser:

  • Internas: Dependen del propio sistema (ej. envejecimiento de componentes).
  • Externas: Ajenas al sistema (ej. la apertura de una ventana en un local que se está climatizando).

• El Comparador o Detector de Error

  Dispositivo encargado de comparar el valor de referencia con el valor de la realimentación. El resultado de dicha comparación constituye el error de funcionamiento o desviación de la salida con relación al valor previsto.

• Regulador (Controlador)

  Dispositivo encargado de amplificar y modificar adecuadamente la señal de error que le proporciona el comparador, con el fin de que la acción de control sobre el sistema sea más eficaz. Los tipos principales son:

  • Proporcionales (P)
  • Proporcional-Derivativo (PD)
  • Proporcional-Integrativo (PI)
  • Proporcional-Derivativo-Integrativo (PID)

  En la práctica, los más utilizados son los PID. Para la realización de los reguladores se utiliza normalmente la tecnología eléctrica o neumática.

• Preaccionador

  Tiene por finalidad amplificar la señal procedente del regulador para atacar al actuador. Ejemplo: Un contactor es excitado con una tensión débil (24 V, 100 mA) y, al accionarse, permite la alimentación de energía a un motor trifásico (380 V, 50 A).

• Actuador o Accionador

  Dispositivo de potencia situado en la planta cuyo objeto es entregar energía o realizar un trabajo para mantener el valor de salida en el valor deseado. Ejemplos: Cilindros, motores. La variable de entrada suele ser intensidad de corriente eléctrica.

• El Sistema o Planta

  Lugar físico donde se desea realizar la acción de control. Ejemplo: En un control de temperatura, la planta puede ser una habitación o un horno.

• Transductor o Detector

  Dispositivo capaz de medir en cada instante el valor de la magnitud de salida y proveer una señal proporcional a dicho valor (realimentación).

Efectos de los Reguladores (P, PI, PID) sobre la Respuesta del Sistema

La elección del regulador afecta directamente la estabilidad y precisión del sistema:

• Con Regulador P (Proporcional): El sistema reacciona alcanzando en la salida un nuevo valor que no coincide con el punto de consigna, manteniéndose un error en estado estacionario (offset).
• Con Regulador PI (Proporcional-Integrativo): Se reduce el sobrepasamiento (overshoot) por encima del punto de consigna y, sobre todo, la medida alcanza la consigna, resultando en un error cero en estado estacionario.
• Con Regulador PID (Proporcional-Integrativo-Derivativo): Se producen dos mejoras significativas: menor sobrepasamiento sobre el punto de consigna (PC) y menor número de oscilaciones, dando lugar a una recuperación más rápida y un mejor rendimiento dinámico.