Sistemas Automáticos de Control: Componentes, Tipos y Funcionamiento

Sistemas Automáticos de Control: Fundamentos y Componentes

Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos interconectados que regulan o dirigen su actuación por sí mismos, sin intervención de agentes exteriores. Estos sistemas corrigen los posibles errores que puedan presentarse en su funcionamiento. Un ejemplo común es el control de la temperatura de una habitación mediante un termostato.

Variables y Señales en Sistemas de Control

Las variables del sistema son todas aquellas magnitudes que se encuentran bajo vigilancia y control, y que definen el comportamiento del sistema. Algunos ejemplos son la temperatura, la posición, etc.

• Entrada: Es la excitación que se aplica al sistema de control desde una fuente de energía externa para generar una respuesta específica.
• Salida: Es la respuesta que proporciona el sistema de control.
• Perturbación: Son señales no deseadas que afectan negativamente el funcionamiento del sistema. Por ejemplo, abrir una ventana es una perturbación en un sistema de control de temperatura con termostato.

Componentes Clave de un Sistema de Control

• Planta: Es el sistema sobre el cual se pretende actuar.
• Sistema: Conjunto de elementos interrelacionados que realizan una operación o cumplen una función específica.
• Entrada de mando: Señal externa al sistema que determina su funcionamiento.
• Señal de referencia: Señal de entrada conocida que se utiliza para calibrar el sistema.
• Señal activa (o señal de error): Diferencia entre la señal de entrada y la señal realimentada.
• Unidad de control: Regula la salida basándose en la señal de activación.
• Unidad de realimentación: Conjunto de elementos que captan la variable de salida, la acondicionan y la envían a la unidad de comparación.
• Actuador: Elemento que recibe una orden del regulador o controlador y la adapta para accionar el elemento final de control (planta o proceso).
• Transductor: Convierte una magnitud física en otra que el sistema puede interpretar.
• Amplificador: Proporciona un nivel de señal adecuado, proveniente de la realimentación, entrada, comparador, etc., al elemento sobre el que actúa.

Tipos de Sistemas de Control

Según su naturaleza, los sistemas de control se clasifican en:

• Sistemas naturales: Como el control de la temperatura corporal. La piel actúa como entrada y la temperatura corporal como salida. Si la temperatura es alta, se incrementa la sudoración para evaporar el calor y enfriar la piel. Si la temperatura disminuye, la sudoración se reduce.
• Sistemas artificiales (realizados por el hombre): Por ejemplo, el control de temperatura mediante un termostato. La temperatura de referencia (programada en el termostato) es la entrada, y la temperatura ambiente es la salida. Si la temperatura ambiente es inferior a la de referencia, se activa la calefacción hasta alcanzarla, momento en el cual se apaga automáticamente.
• Sistemas mixtos: Combinación de sistemas naturales y artificiales. Un ejemplo es una persona duchándose. La entrada es la temperatura ideal del agua, y la salida es la temperatura real. La persona ajusta los grifos de agua fría y caliente para controlar la temperatura.

Clasificación según la Relación Entrada-Salida

• Sistema de control de lazo abierto: La señal de salida no tiene influencia sobre la señal de entrada.
• Sistema de control de lazo cerrado: La acción de control depende de la salida. La señal de salida influye en la entrada a través de la realimentación. La entrada se modifica constantemente en función de la salida.

Conceptos Adicionales

• Estabilidad de un sistema: Un sistema es estable si permanece en reposo a menos que sea excitado por una fuente externa. Al desaparecer la excitación, el sistema retorna al reposo.
• Eficiencia: Término, similar al rendimiento, aplicado a máquinas frigoríficas. Puede ser mayor que uno.
• Proceso reversible: Proceso en el cual, mediante un pequeño cambio en el ambiente, se puede invertir su trayectoria. En la práctica, esto es imposible; la naturaleza indica que la mayoría de los procesos son irreversibles (ej: las personas crecen, pero no decrecen).