Sistemas de Control Automático y Transductores: Conceptos Esenciales y Aplicaciones en Electrónica

Sistemas de Control Automático: Fundamentos y Componentes

Introducción a los Sistemas de Control Automático

Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos conectados entre sí, de manera que regulan y dirigen su actuación por sí mismos (sin intervención exterior), corrigiendo además los posibles errores que se pueden presentar en su funcionamiento.

Componentes Clave de un Sistema de Control

Entrada / Señal de Referencia:

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 y Características de Sistemas de Control

• Un sistema de bucle abierto es aquel cuya señal de salida no influye sobre la entrada.
• El transistor puede modificar la amplitud o el estado de la señal en el sistema de control.
• El actuador es el elemento que ejecuta la acción de control sobre el sistema, respondiendo a las señales del controlador.
• Un sistema de control de bucle cerrado es aquel en el que la acción de control depende de la salida del sistema, gracias a una realimentación de esta señal que permite ajustar la acción de control.
• La realimentación es la propiedad de un sistema en bucle cerrado por la cual la salida se compara con la entrada de referencia del sistema, de forma que la acción de control se establece como función de la diferencia entre ambas.
• El error (diferencia entre la salida deseada y la real) actúa sobre los elementos de control con el objetivo de reducirse a cero y llevar la salida del sistema a su valor deseado.

Elementos Fundamentales en Sistemas de Control

Transductor:

Tiene la misión de traducir o transformar una magnitud de entrada en otra de salida que sea más fácil de procesar.

Captador:

Tiene la misión de captar una determinada información en el sistema para realimentarla.

Clasificación de Transductores por Magnitud Medida

Transductores de Proximidad, Posición y Desplazamiento

• Transductores resistivos (Potenciómetros)
• Transductores inductivos (L) (La inductancia depende de la distancia del entrehierro)
• Transductores capacitivos (C) (La capacidad del condensador depende de la distancia entre las armaduras)
• Interruptores de final de carrera
• Sensores de ultrasonidos (tipo sonar)
• Sensores de radar

Transductores de Velocidad

• Tacómetros mecánicos: Contadores de revoluciones, Tacómetros centrífugos.
• Tacómetros eléctricos: Tacómetros de arrastre, de inducción, de corriente alterna, de corriente continua (dinamo tacométrico), de frecuencia.

Transductores de Temperatura

• Termorresistencias (RTD): R = R₀(1 + α(T - T₀))
• Termistores: NTC y PTC (coeficiente negativo y positivo de temperatura).
• Termopares: Se basan en el efecto Seebeck.
• Pirómetros de radiación: Se basan en la ley de Stefan-Boltzmann: W = εσT⁴.
• Pirómetros ópticos.

Transductores de Presión

• Transductores Mecánicos: Tubos en U, Tubos Bourdon, Diafragmas, Fuelles.
• Transductores Electromecánicos:
  • Resistivos (potenciómetros)
  • Capacitivos (variación de la distancia entre armaduras)
  • Extensométricos (Galgas extensométricas, cementadas y sin cementar: R = R₀(1+x))
  • Piezoeléctricos

Transductores de Vacío

• Manómetros de McLeod
• Térmicos
• De Ionización

Transductores de Iluminación

• LDR (Fotorresistencias)
• Fotodiodos
• Fototransistores
• Sensores ópticos:
  • TSC 2000 (fotoemisor y fototransistor separados)
  • CNY70 (fotoemisor y fototransistor en una cápsula)