Fundamentos de Sistemas de Control: Lazo Abierto y Lazo Cerrado

Definición de un Sistema de Control

Un sistema de control es todo dispositivo o mecanismo encargado de regular, dirigir o realizar una actividad o proceso específico.

Componentes Básicos

Los elementos fundamentales que integran estos sistemas son:

1. Objetivos de control: Representan las entradas o señales activantes.
2. Componentes del sistema: Son los elementos propiamente dichos que conforman el sistema de control.
3. Las salidas: Constituyen las variables controladas o los resultados obtenidos.

Clasificación según el Número de Variables

Sistema de Control de una Variable (SISO)

Entrada → Sistema de Control → Salida

Sistema de Control Multivariable (MIMO)

Estos sistemas pueden presentar diversas configuraciones de flujo de señales:

• Configuración A: Varias entradas que convergen en un sistema de control para generar una salida.
• Configuración B: Una entrada que genera múltiples salidas a través del sistema.
• Configuración C: Múltiples entradas (Entrada 1...N) que resultan en múltiples salidas (Salida 1...N) gestionadas por el sistema de control.

Sistemas de Control de Lazo Abierto

Estructura: Entrada → Sistema de Control → Proceso a Controlar → Salida

Son sistemas no realimentados; por lo tanto, no existe ninguna retroalimentación que indique al sistema de control cuáles son los resultados del proceso ni el desempeño real del sistema. Debido a esta característica, no son utilizados en aplicaciones donde sea necesario cumplir con condiciones de desempeño crítico.

Sistemas de Control de Lazo Cerrado

Estructura: Entrada → Sistema de Control → Proceso a Controlar → Salida (con retorno vía Traductor)

Son sistemas realimentados, donde las salidas del sistema son enviadas nuevamente al inicio mediante el uso de un traductor. Esto permite que el sistema de control pueda realizar ajustes dinámicos y corregir cualquier error detectado durante la operación.

Características Afectadas por la Realimentación

Al transformar un sistema de lazo abierto en uno de lazo cerrado (al realimentarlo), se modifican aspectos fundamentales como el error y la ganancia:

Error

El error se reduce drásticamente puesto que el sistema, al percatarse de su existencia mediante la retroalimentación, está en condiciones de aplicar las medidas correctivas que correspondan.

Ganancia

La ganancia se define como el cociente entre la salida y la entrada de un sistema. Es importante destacar que, al realimentar un sistema, la ganancia siempre disminuye.

Representación Matemática de la Ganancia

Considerando una Entrada X, un Sistema de Control con ganancia A1, un Sistema a ser controlado con ganancia A2 y un Traductor con ganancia H:

• En Lazo Abierto:
  La salida es Y = (A1 * A2) * X
  Por lo tanto, la Ganancia es: Y / X = A1 * A2
• En Lazo Cerrado (Realimentado):
  La salida es Y = [ (A1 * A2) / (1 + A1 * A2 * H) ] * X
  Por lo tanto, la Ganancia es: Y / X = (A1 * A2) / (1 + A1 * A2 * H)