Sistemas de Control Automático: Funcionamiento de Lazo Abierto, Cerrado, Feedback y Feedforward

Sistemas de Control de Lazo Abierto

Sistemas de lazo abierto: Aquellos en los que la señal de salida del sistema (variable controlada) tiene efecto directo sobre la acción de control (variable de control).

Características:

• No se compara la salida del sistema con el valor deseado de la salida del sistema (referencia).
• Para cada entrada de referencia le corresponde una condición de operación fijada.
• La exactitud de la salida del sistema depende de la calibración del controlador.
• En presencia de perturbaciones, estos sistemas de control no cumplen su función adecuadamente.

Sistemas de Control de Lazo Cerrado

Sistemas de lazo cerrado: Aquellos en los que la señal de salida del sistema (variable controlada) tiene efecto directo sobre la acción de control (variable de control). En este tipo de control se mide la variable controlada y su valor se compara con el del punto de consigna.

El error es la diferencia entre estas dos variables. Utilizando el valor de este error, el controlador genera un nuevo valor de salida que modifica la posición del elemento final de control. Esto se realiza continuamente hasta que el valor del error se hace cero.

Ventajas del Control Feedback (Realimentado)

• El control feedback no necesita conocer el origen de las perturbaciones.
• Requiere una mínima información acerca del proceso.
• No es necesario conocer la función de transferencia del sistema que se desea controlar.
• Es un control totalmente empírico.
• Sólo se requiere saber el “sentido correcto del control”, es decir, si un incremento en el error debe producir un incremento en la apertura de la válvula o al revés.

Desventajas del Control Feedback

• Tiene que existir una perturbación para que empiece a haber control. Es decir, el control siempre es a posteriori y requiere que exista un cambio en el valor de la variable controlada o del punto de consigna.
• Ejemplo: En el caso de un intercambiador, si la temperatura de entrada de la corriente de proceso desciende, el sistema de control no comenzará a actuar hasta que eso se traduzca en una variación de la temperatura de salida.

Control Feedforward o Control Directo

Se utiliza cuando las perturbaciones afectan de forma significativa a la variable controlada (y no existe una variable de proceso intermedia que refleje la perturbación y a la que también afecte la variable de proceso manipulada).

Objetivos:

• Detectar la perturbación y actuar sobre el proceso adelantándose al efecto que producen sobre la variable controlada.
• Para poder actuar de forma anticipada, es necesario conocer cómo se comporta el proceso ante cambios en la variable de perturbación (modelo de perturbación).

El controlador anticipativo se diseña a partir de dicho modelo y depende de los modelos del proceso a las entradas de control y perturbación. Teóricamente logra un control perfecto, pero en la práctica no es 100% viable por las siguientes razones:

• No es posible medir todas las perturbaciones (las que no se miden no se compensan).
• Hay errores de medida en las variables.
• No hay modelos perfectos del proceso; son aproximados y simples.
• No siempre se puede realizar la acción de control calculada (anticipación excesiva por ser la corrección más lenta que el efecto).

Por todo ello, se suele combinar con el control realimentado. Se utiliza el control anticipativo para las perturbaciones medibles más significativas (las más frecuentes y de mayor magnitud), mientras que el control realimentado se encarga de compensar las perturbaciones que no se miden y las imperfecciones inherentes al control anticipativo.

Funcionamiento del Control Feedforward

En esta configuración se mide directamente la perturbación en lugar de la variable controlada, transmitiendo la información al controlador. El objetivo es detectar la perturbación antes de que entre al sistema y compensar los efectos en el proceso.

El controlador feedforward determina la necesidad de hacer algún cambio en la variable manipulada para evitar que se produzca una variación de la variable controlada.

Ventajas del Control Feedforward:

• Se asegura que el sistema es estable y que, para una perturbación en la variable medida, el control es perfecto.
• La perturbación se corrige antes de entrar al sistema.

Desventajas del Control Feedforward:

• Para que funcione el lazo feedforward, el elemento medidor de la variable de entrada debe ser muy rápido.
• Hay que construir el propio controlador.
• Hay que conocer las funciones de transferencia de la variable de salida respecto a la variable manipulada.
• Cualquier perturbación del bloque G_L1 no se puede detectar independientemente de haber conseguido X=0.