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TEMA 1
Alejandro Gallego Contreras
Alberto Villaécija Rodriguez
Escuela Politécnica Superior de Córdoba
TEMA 1
SISTEMAS DE CONTROL
2. ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN................................................................................................................... 1
1.1. SISTEMA...............................................................................................................1
1.2. HISTORIA..............................................................................................................2
2. SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO ABIERTO Y EN LAZO CERRADO ......................... 4
3. ELEMENTOS COMPONENTES DE UN SISTEMA DE CONTROL .................................... 6
4. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS ................................................................................ 9
5. EJEMPLOS DE CONTROL EN LAZO CERRADO............................................................ 11
6. CICLO DE DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL ...................................................... 12
7. GENIALLY .......................................................................................................................... 14
7.1. Juego de autoevaluación.....................................................................................14
8. BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................... 15
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1. INTRODUCCIÓN
El Control Automático se encarga de sustituir a un operador humano en el control de
procesos, en tareas que pueden ser difíciles, peligrosas o, simplemente, donde la velocidad
de operación o cálculo aprovechen las ventajas de los actuales microprocesadores. En este
sentido podría hablarse de sustitución en distintos estratos de la jerarquía de control:
La que se encarga de la captura de señales a controlar, la adaptación de éstas y su
realimentación.
En una siguiente etapa, se puede sustituir al operador humano en la creación de
referencias o consignas, es decir, que un ordenador se encargue de elegir las referencias
adecuadas para que los lazos de control logren un objetivo de determinado. Así, por
ejemplo, el controlador automático de un avión puede sustituir al piloto en tareas como la
de mantener la estabilidad del aparato, rechazando perturbaciones, pero, además, el
piloto automático se encarga de seguir una referencia de posición y altura, de forma que
se libere de estas tareas al piloto.
El objetivo de un Ingeniero de Control es, por tanto, diseñar el equipo necesario para que
actúe sobre las entradas de un sistema de manera que las salidas se mantengan en un
valor predecible y modificable.
1.1. SISTEMA
El término sistema se refiere a toda combinación de componentes que actúan conjuntamente
y cumplen un determinado objetivo, no estando el concepto limitado a objetos físicos. Dicho
concepto puede aplicarse a fenómenos dinámicos abstractos, como los que se encuentran en
economía. Por tanto, el término sistema hay que interpretarlo como referido a entes físicos,
biológicos, económicos y otros. Debido a esta variedad de posibles sistemas a controlar, el
ingeniero de control deberá trabajar en colaboración con otros especialistas o utilizar
información bibliográfica adicional que le ayuden a conocer con más profundidad el sistema a
controlar, de forma que le permita establecer la estrategia de control a seguir y los medios a
utilizar.
El control automático está desempeñando un importante papel en el desarrollo y avance de la
civilización moderna y de la tecnología, siendo difícil encontrar un campo en el que no surja la
necesidad de control sobre un sistema. Este avance ha ido paralelo al de otras tecnologías
como la electrónica, la informática, etc... con las que comparte objetivos y cuyas innovaciones
son utilizadas en las distintas etapas del diseño e implantación de un sistema de control. Así,
pueden encontrarse muchos ejemplos habituales como por ejemplo:
En el campo militar: Lamentablemente, y como ocurre en otros muchos ámbitos, el
control automático ha tenido su desarrollo más espectacular gracias a la industria bélica,
siendo de extrema importancia en vehículos espaciales, satélites de comunicación, guiado
de misiles, pilotaje de aviones y control de tiro. Fue a partir de la 2º Guerra Mundial donde
el control automático cobró mas importancia en este campo
4. 2
En la vida diaria: en el campo doméstico el control automático se utiliza en los sistemas de
calefacción y de aire acondicionado para regular la temperatura y la humedad de las
viviendas y edificios. Además, esta área está en avance actualmente y términos como el de
“edificios inteligentes” se están empezando a oír con frecuencia.
En la industria: Lógicamente, donde más se está notando el avance del control automático
es en el de procesos de fabricación y de procesos industriales. Industrias como la del
automóvil (las cadenas de pintura y soldadura con robots son el ejemplo más notable), la
química, la farmacéutica, la alimenticias, ... se están favoreciendo ampliamente de esta
tecnología.
1.2. HISTORIA
Es posible retroceder un periodo de unos cientos de años y recuperar algunas de las
piezas separadas del desarrollo científico que evolucionaron en esta importante rama de la
ciencia y la ingeniería. La motivación generalmente en1rairaba un deseo emergente de
crear y controlar máquinas. La historia del desarrollo de sistemas de control es una
intrigante maraya de logros humanos interactivos que ha resultado en el control de
máquinas, barcos, aviones, vehículos espaciales y muchos otros sistemas físicos.
Un ejemplo que se cita a menudo ocurrió en la última parte del siglo XVIII cuando James
Watt desarrolló una máquina de vapor con un regulador de bolas. Controlando de forma
automática la válvula del vapor de entrada en función de la velocidad angular, el
controlador proporcionaba una velocidad casi constante a pesar de las variaciones en la
carga o de la presión de vapor.
Al introducir el control por realimentación continuo, esta simple invención transformó la
máquina de vapor de Watt en un método práctico de conversión de energía. Los primeros
ejemplos de control de eventos discretos se presentaron en diferentes campos, con
variaciones intrigantes del control programado.
Ilustraciones interesantes del ingenio humano incluían el diseño de imaginativos relojes
con carrillones y figuras animadas automatizadas. Se desarrollaron cajas de música que
controlaban automáticamente la excitación de tubos resonantes, dulzainas, instrumentos
de cuerda, silbatos, carrillones y una variedad de dispositivos de percusión. El organillo fue
un ejemplo temprano en el cual se proporcionaba programación en tiempo real al
disponer una serie de varillas sobre un cilindro. Cuando el cilindro giraba, las varillas abrían
válvulas que suministraban aire a los diferentes tubos.
Variaciones de este concepto proporcionaba programación flexible utilizando discos
intercambiables o cintas de papel con agujeros perforados. Basile Bouchon, el hijo de un
constructor de órganos diseñó un telar que facilitaba a la tarea de producir dibujos en
seda. Su mecanismo utilizaba un rollo de papel y un cilindro para levantar de forma
automática el conjunto correcto de hilos sobre la lanzadera. Este mecanismo fue más
tarde revisado por Jacques de Vauncason y un refinamiento del mismo a comienzos del
siglo XIX por Joseph Marié Jacquard, que introdujo una cadena de tarjetas perforadas para
generar automáticamente 1ª figura deseada. Más de un siglo después, las cintas de papel
5. 3
perforado fueron utilizadas para programar las primeras versiones de máquina de
herramientas automatizadas y las tarjetas perforadas se emplearon para programar los
modelos iniciales de computadores electrónicos.
Regulador de bolasde James Watt.
Uno de los objetivos iniciales de un sistema de control es el de proporcionar estabilidad al
sistema global. Es decir, analizar las condiciones que debe cumplir para que las salidas
permanezcan controladas ante cambios controlados en las entradas. En este sentido, el primer
estudio esquemático de la estabilidad de los sistemas de control fue realizado por J.C. Maxwell
en 1868, pero sólo obtuvo resultados útiles para los sistemas de 2º y 3er orden. Pocos años
después, en 1877, E.J. Routh desarrolló un método, el criterio del mismo nombre, para la
determinación de la estabilidad y que sigue utilizándose. Casi de forma paralela, A.M.
Lyapunov presentó resultados equivalentes a los de Routh, aunque no fueron tenidos en
cuenta hasta mediados del siglo XX.
El crecimiento de las aplicaciones aeroespaciales: La utilización de técnicas de control
automático en la industria aeroespacial aumentó en muchas áreas que sólo pueden ser
descritas brevemente. Se desarrollaron sistemas de control para misiles que eran dirigidos
hacia sus objetivos utilizando guiado por haz, búsqueda de infrarrojos o sistemas de control de
radar. Los primeros radares de seguimiento que dependen completamente del movimiento
mecánico de la antena fueron sustituidos por unidades con antenas del tipo phased array, qúe
añadían control electrónico a la orientación del haz. El desarrollo de aviones de elevadas
prestaciones puso una demanda extraordinaria sobre el diseño de los sistemas de control de
vuelo. Los nuevos aviones que se diseñaron eran a menudo puestos en peligro por los
problemas de control aerodinámicos asociados con la demanda continua de velocidades más
altas y mayor maniobrabilidad. Mantener estable el control en lazo cerrado estable requería
controladores sofisticados que podían operar satisfactoriamente a pesar de las variaciones
significativas de la respuesta para controlar acciones originadas por grandes cambios en altitud
y velocidad. Así, se desarrollaron controladores con circuitos de computador que
continuamente ajustaban los parámetros del controlador de acuerdo con los cambios en
velocidad y en la presión del aire. Cuando el mantenimiento de un enlace mecánico operativo
como un sistema dé respaldo no era factible, los sistemas de control de vuelo electrónico se
conocían como sistemas de <Vuelo por cable>.
6. 4
Robots y fábricas automatizadas: Los desarrollos en tecnologías de estado sólido que
permitieron el diseño de máquinas de herramienta automatizadas también proporcionó la
tecnología básica para diseñar y construir robots industriales. En los años setenta y comienzos
de los ochenta se desarrollaron muchos diseños experimentales y hubo fallos iniciales, así
como éxitos. Los robots fueron gradualmente asimilados en las operaciones de
manufacturación que proporcionaban una diversidad de tareas útiles y eran particularmente
deseados en aplicaciones peligrosas o tediosas cuando se realizaban de forma manual. Algunas
aplicaciones satisfactorias incluían soldadura, pintura, medida y ensamblaje de piezas
pequeñas. Se diseñaron diferentes sistemas en los que los robots se utilizaban para
operaciones que requerían el movimiento y colocación de piezas. La libertad extrema de
movimiento, que es una característica y rasgo definidor de un robot, se mostró con el
desarrollo de una variedad de configuraciones mecánicas. Algunas de las configuraciones
planteaban estudios cinemáticos intrigantes y todas se diseñaban para proporcionar al menos
5 o 6 grados de libertad y a menudo la configuración imitaba los brazos y muñecas humanas
con la utilización de miembros en cascada conectados por articulaciones. El control preciso y
enérgico estaba limitado por la flexión de los miembros estructurales en cascada y la
acumulación de errores con los sistemas de control también dispuestos en cascada.
Aunque el control de robots era suficientemente preciso para muchas aplicaciones era
aparente que se podían mejorar las prestaciones si se proporcionaban sensores de
realimentación directamente desde el punto de operación. Los sensores táctiles o los sistemas
de visión eran desarrollos que podían proporcionar esta capacidad. Aunque la visión precisaba
del desarrollo de complejos sistemas y una extensiva programación, la adición de visión a un
robot le permitía corregir pequeños errores del sistema y responder de una forma limitada a
variaciones de la tarea no previstas. Los sistemas conocidos como células de fabricación
flexible fueron implementados con una configuración que típicamente incluía el uso de algunas
máquinas de herramienta y un robot bajo el control supervisor de un único computador de
supervisión. El sistema era flexible en el sentido que se podían cambiar los programas para
proporcionar variaciones en la descripción de la pieza fabricada. También se diseñaron
sistemas con robots móviles para transferir piezas entre estaciones de trabajo. Para lograr la
coordinación a lo largo de la fábrica, se diseñaron controladores que supervisaban a otros
controladores y la automatización de la fábrica requería la consideración de la comunicación
de múltiples señales de control con el desarrollo de una jerarquía en el sistema de control.
2. SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO ABIERTO Y EN LAZO CERRADO
Atendiendo a la dependencia del control respecto a la variable de salida, los sistemas de
control se clasifican en dos categorías:
- Sistemas en lazo abierto: Son aquellos en los que la acción de control es independiente de la
salida, es decir, la señal de salida no tiene influencia sobre la señal de entrada. Su esquema se
ilustra en la figura 65.1
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Un ejemplo de este tipo es el sistema de encendido del timbre de entrada/salida a clase,
controlado por un reloj.
- Sistemas en lazo cerrado: Son aquellos en los que la acción de control depende, de alguna
manera, de la salida (existe una realimentación de la señal de salida, tal como se representa en
la figura 65.2).
Por ejemplo, el sistema de encendido de las lámparas del patio al atardecer, controlado por un
interruptor crepuscular.
En el primer caso se tienen los circuitos de mando y en el segundo los circuitos de regulación.
De modo que, la operación de mando está caracterizada por una intervención exterior
(variables de entrada externas) al proceso controlado, la cual determina un cambio o una
modificación en el mismo (variables de salida).
Al ser un circuito de lazo abierto, las variaciones de la magnitud de salida no pueden influir
sobre el dispositivo de mando. Su capacidad de desempeño con exactitud está determinada
por su calibración. Calibrar significa establecer o restablecer la relación entrada-salida para
obtener una exactitud deseada del sistema. En el ejemplo propuesto, la exactitud dependería
del reloj que gobierna el timbre.
La operación de regulación consiste en comparar de modo permanente la magnitud de salida o
magnitud gobernada en el proceso con el valor ajustado. En caso de que los dos valores
coincidan, no se actúa sobre la magnitud de salida; en caso de que difieran, la diferencia se
aplica al dispositivo de regulación que corrige los valores de la magnitud regulada tratando de
que dicha diferencia sea nula.
La regulación conlleva un circuito de lazo cerrado, es decir, un mecanismo de realimentación
de la variable de salida hacia la entrada. Los sistemas de control en lazo cerrado, más
comúnmente se llaman sistemas de control retroalimentados. Para clasificar un sistema de
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control en lazo abierto o en lazo cerrado, debemos distinguir claramente entre los
componentes del sistema y los componentes que interactúan con él, pero que no son parte del
sistema en sí, como muestran los siguientes ejemplos:
1. La mayor parte de las tostadoras automáticas son sistemas en lazo abierto porque están
controladas por un temporizador. El tiempo que se requiere para hacer una "buena tostada"
debe ser calculado por el usuario, quien no es parte del sistema. El control sobre la calidad del
tostado (la salida) se ajusta una vez que el tiempo, que es la entrada y la acción de control, se
ha determinado. Normalmente, el tiempo se ajusta mediante un disco o un interruptor
calibrado.
2. Un mecanismo de piloto automático y el avión que este controla son un sistema de control
en lazo cerrado (retroalimentado). Su propósito es mantener una dirección específica del
avión, a pesar de los cambios atmosféricos. El sistema realiza esta tarea midiendo
continuamente la dirección real del avión y ajustando de manera automática los mecanismos
de control del avión (timón, alerones, etc.) de tal modo que logra una correspondencia entre la
dirección real del avión y la dirección especificada. El piloto humano o el operador que
programa el piloto automático no son parte del sistema de control.
La presencia de retroalimentación, típicamente, proporciona las siguientes propiedades al
sistema.
1. Exactitud aumentada. Por ejemplo, la habilidad de reproducir fielmente la entrada.
2. Tendencia hacia la oscilación o la inestabilidad.
3. Sensitividad reducida de la razón salida a entrada (ganancia) frente a las variaciones en los
parámetros del sistema y en otras características.
4. Efectos reducidos de las no linealidades.
5. Efectos reducidos de las distorsiones externas o ruido.
6. Aumento del ancho de banda. El ancho de banda de un sistema es una medida de lo bien
que responde el sistema a las variaciones en frecuencia(rapidez) de la entrada.
En el siguiente enlace obtendrás un pequeño video de lo que es un sistema de control y los
múltiples ejemplos en el cual lo usamos en la vida diaria
https://es.coursera.org/lecture/control-automatico/nuestro-dia-comienza-con-un-sistema-de-
control-JYEjt
3. ELEMENTOS COMPONENTES DE UN SISTEMA DE CONTROL
La figura 65.4 representa uno de los posibles esquemas de bloques de un
sistema de control genérico y simple, en lazo cerrado (retroalimentado), con una sola
entrada y una sola salida, para un sistema con señales continuas.
Las flechas de un lazo cerrado, que conectan un bloque con otro, representan
la dirección del flujo de la energía de control o información, que a menudo no es la
fuente principal de energía para el sistema.
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Los elementos del sistema de control más importantes son los siguientes:
- Proceso: Conjunto de operaciones que se van a suceder y que van a tener un fin
determinado. El procesamiento se realiza sobre una planta o una máquina, que son el
conjunto de componentes y piezas que van a tener un determinado objetivo.
- Actuador: Como el nombre indica es el componente encargado de actuar sobre el proceso o
máquina en función de la señal recibida del amplificador. El actuador modifica la variable de
entrada del proceso controlado, por ejemplo, una corriente eléctrica que circula por la
resistencia del radiador, en un sistema de control de temperatura; una corriente de fluido por
una tubería, en un sistema de control de caudal; etc.
- Amplificador: Elemento que aumenta la amplitud o intensidad de un
fenómeno. Tiene por finalidad amplificar la señal de error con objeto de que alcance un nivel
suficiente para excitar el actuador.
- Comparador: Elemento que compara la señal controlada con la señal de referencia para
proporcionar la señal de error. El resultado de la comparación representa la desviación de la
salida con respecto al valor previsto. Se le conoce también como detector de error.
- Generador del valor de referencia o consigna: Componente capaz de generar una señal
análoga a la señal de salida que se quiere gobernar; esta señal de referencia es la encargada de
imponer el valor deseado en la salida.
-Transductor: Dispositivo que transforma un tipo de energía en otro más apto para su
utilización. Si la energía transformada es en forma eléctrica se llama sensor. Por ser el
instrumento encargado de detectar la señal de salida para utilizarla de nuevo en el proceso de
realimentación se le llama en los sistemas de control captador.
- Acondicionador de señales: Bloque que adapta la señal transformada por
el transductor a los niveles adecuados del comparador.
- Controlador: Elemento de los sistemas digitales que incluye las funciones del comparador, el
amplificador y el acondicionador de señales.
En el análisis de los sistemas de control, cada uno de sus componentes analizados en el
apartado anterior, constituyen sistemas físicos individuales caracterizados por tener una
entrada y una salida variables con el tiempo. Para determinar la relación entre entrada y salida
de cada subsistema es necesario aplicar las leyes físicas que rigen su funcionamiento.
Las señales más significativas del sistema de control (figura 65.4) son:
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- Señal de referencia: Señal que se calibra en función del valor deseado a la salida del sistema.
- Señal controlada: La salida controlada es la variable de salida del proceso, bajo el mando del
sistema de control con retroalimentación.
- Señal activa: Se denomina así a la señal de error que es la diferencia entre la señal de
referencia y la señal realimentada.
- Perturbaciones: Señales indeseadas que intervienen de forma adversa en el funcionamiento
del sistema.
- Señal de control (o variable manipulada) es la señal de salida de los actuadores, aplicada
como entrada en la planta.
Usualmente, en un sistema de control si se dan la entrada y la salida, es posible identificar,
delinear o definir la naturaleza de los componentes del sistema.
- La entrada es el estímulo, la excitación o el mandato aplicado a un sistema de control,
generalmente desde una fuente externa de energía, para producir una respuesta específica del
sistema de control.
- La salida es la respuesta real que se obtiene de un sistema de control. Puede ser o no igual a
la respuesta implícita especificada por la entrada.
Las señales de entrada y salida pueden tener muchas formas diferentes. Las entradas, por
ejemplo, pueden ser variables físicas o cantidades más abstractas, tales como valores de
referencia, de ajuste o deseados para la salida del sistema de control.
Ejemplo:
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Un sistema de control en lazo cerrado o realimentado se caracteriza porque para mejorar el
control, la salida del sistema se realimenta a la entrada, realizándose una comparación con la
señal de referencia y empleándose dicha comparación como entrada del controlador.
4. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS
Se pueden establecer diferentes clasificaciones de los sistemas de control, algunas de las
cuales se han comentado en apartados precedentes. Entre las más usuales destacan las
siguientes:
Según el tipo de lazo: Como ya se ha visto, se distinguen dos importantes grupos de sistemas
de control, sean automáticos o de otra naturaleza, que son:
los que trabajan en lazo abierto o en lazo cerrado.
Según el tipo de sistema de control: Esta clasificación puede hacerse mucho más completa,
pero a grosso modo podemos hablar de sistemas continuos, que son aquéllos que en instantes
de tiempo finitos pueden cambiar infinitas veces o de sistemas discretos, que en instantes
finitos pueden cambiar un número de veces finito. Este tipo de sistemas está relacionado con
la tecnología digital, y el uso de ordenadores o microprocesadores en el lazo de control, de
forma que éste necesita muestrear la variable salida, pasar un proceso de acondicionamiento
de estas señales tratarlas mediante algún algoritmo discreto de control y, posteriormente,
adaptar sus niveles de tensión para poder atacar al “bloque” del actuador. Todo este proceso
dura un cierto tiempo, denominado período de muestreo, tras el cual puede comenzar la
lectura de otra muestra. De esta forma, el control discreto sólo da un nuevo valor de control
en instantes determinados, separados todo un espacio de T segundos, siendo T el período de
muestreo. Los sistemas de control continuo, por su parte, utilizan sistemas analógicos, aunque
la mayoría de estos están siendo sustituidos por los anteriores, gracias a su capacidad de
cálculo.
Según el tipo de representación de modelos: Existen técnicas, descritas en el primer apartado
bajo el nombre de Automática Clásica que utilizan como modelo matemático de los sistemas la
representación en forma de funciones de transferencia. Otras, por el contrario, prefieren una
descripción más próxima a las ecuaciones diferenciales que representan la dinámica de los
12. 10
sistemas, lo que se denomina representación en variables de estado y que viene a constituir lo
que se denomina Automática Moderna. Además, dentro de este apartado se puede incluir la
descripción de modelos lineales y no lineales. Los sistemas lineales son aquellos sistemas cuya
dinámica se puede describir mediante ecuaciones diferenciales lineales. Una ecuación
diferencial es lineal si los coeficientes son constantes o funciones únicamente de la variable
independiente.
La propiedad más importante de los sistemas lineales es que se les puede aplicar el principio
de superposición. El principio de superposición establece que la respuesta de un sistema
producida por la aplicación simultánea de varias fuentes excitadoras es la suma de las
respuestas individuales. Los sistemas dinámicos que son lineales y están constituidos por
componentes invariables en el tiempo, se pueden describir por ecuaciones diferenciales
lineales con coeficientes constantes. Este tipo de sistemas reciben el nombre de sistemas
lineales invariantes en el tiempo (o lineales de coeficientes constantes). Los sistemas
representados por ecuaciones diferenciales cuyos coeficientes son funciones del tiempo,
reciben el nombre de sistemas lineales variantes en el tiempo, este tipo de sistemas es tan
complejo que la mayoría de los casos se supondrá que los parámetros son constantes o
lentamente variables. Sistemas no lineales son aquellos sistemas que se representan
mediante ecuaciones diferenciales no lineales. Hablando estrictamente, todos los sistemas son
no lineales pues aunque muchos fenómenos físicos se describen mediante ecuaciones lineales,
un estudio cuidado de los sistemas físicos indica que incluso los denominados sistemas lineales
lo son realmente en un restringido rango de operación. Ejemplos típicos de no linealidades
son:
a) Las saturaciones que se pueden producir en la salida de algunos componentes del sistema
de control para valores elevados de la señal de entrada;
b) las zonas muertas que afectan a las señales de entrada pequeñas (una zona muerta es un
rango en la entrada a la que no responde el componente).
En general, los procedimientos para hallar soluciones de problemas que involucran sistemas
no lineales son muy complicados. Debido a esta dificultad matemática se suelen sustituir los
sistemas no lineales por sistemas lineales equivalentes, válidos sólo en un rango restringido de
operación. Así ocurre que no hay métodos generales para el estudio Regulación Automática,
pero si existen numerosas técnicas analíticas y gráficas para el diseño y análisis de sistemas
lineales.
Según el tipo de componentes empleados: Otra clasificación que se realiza es según el tipo de
componentes usados, pudiendo ser electromecánicos, hidráulicos, neumáticos, térmicos,
electrónicos...
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6. CICLO DE DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL
El diseño de sistemas de control es un ejemplo específico de diseño en ingeniería. Otra vez, el
objetivo del diseño en ingeniería de control es obtener la configuración, especificaciones e
identificación de los parámetros claves de un sistema propuesto para satisfacer una necesidad
real.
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El primer paso en el proceso de diseño consiste en establecer los objetivos del sistema. Por
ejemplo, se puede decir que el objetivo es controlar la velocidad de un motor de manera
precisa.
El segundo paso es identificar las variables que se desean controlar (por ejemplo, la
velocidad del motor).
El tercer paso es escribir las especificaciones en función de la precisión que se debe alcanzar.
Esta precisión de control requerida conducirá entonces a la identificación de un sensor para
medir la variable controlada.
Como diseñadores, hay que proceder al primer intento para configurar un sistema que tenga el
comportamiento de control deseado. La configuración del sistema normalmente consistirá de
un sensor, el proceso bajo control, un actuador y un controlador.
El siguiente paso consiste en identificar un candidato como actuador. Esto dependerá, por
supuesto, del proceso, pero la actuación escogida debe ser capaz de ajustar de forma efectiva
el comportamiento del proceso, por ejemplo, si se desea controlar la velocidad de rotación de
un volante, se seleccionará un motor como actuador. El sensor, en este caso, deberá ser capaz
de medir de manera precisa la velocidad. Se obtiene entonces un modelo para cada uno de
estos elementos.
El paso siguiente es la selección de un controlador, que con frecuencia consiste en un
amplificador de suma que compensará la respuesta deseada y la respuesta real, para luego
transferir esta señal de medida del error a un amplificador.
El paso final en el proceso de diseño es el ajuste de los parámetros del sistema con el fin de
lograr el comportamiento deseado. Si se puede conseguir el comportamiento deseado
ajustando los parámetros se finalizará el diseño y se procederá a documentar los resultados. Si
no es así, se necesitará establecer una nueva configuración del sistema y quizás seleccionar un
actuador y un sensor mejores. A continuación se repetirán los pasos del diseño hasta que se
cumplan las especificaciones o hasta que se decida que éstas son demasiado exigentes y
deberían relajarse.
Las especificaciones de comportamiento describirán cómo debería funcionar el sistema en lazo
cerrado e incluirán (1) buena regulación frente a las perturbaciones, (2) respuesta deseable a
las órdenes de entrada, (3) señales realistas del actuador, (4) baja sensibilidad y (5) robustez.
En resumen, el problema de diseño del controlador consiste en lo siguiente: Dado un modelo
del sistema que se desea controlar (incluyendo sus sensores y actuadores) y un conjunto de
objetivos de diseño, encontrar un controlador apropiado o determinar si no existe ninguno.
Como sucede con la mayoría de los diseños en ingeniería, el diseño de un sistema de control
con realimentación es un proceso iterativo y no lineal. Un buen diseñador debe considerar los
fundamentos físicos de la planta que está bajo control, la estrategia de diseño del control, la
arquitectura del controlador (esto es, qué tipo de controlador se va a emplear) y estrategias
eficaces para la sintonía del controlador. Además, una vez finalizado el diseño, el controlador
se implementa con frecuencia con hardware, por lo que pueden aparecer problemas de
comunicación con dicho hardware. Cuando se consideran conjuntamente, estas diferentes
fases del diseño de los sistemas de control hacen que la tarea de diseñar e implementar un
sistema de control resulte bastante ardua.
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7. GENIALLY
Genially es una herramienta para crear contenidos interactivos que enamoran a tu
audiencia.
En este apartado se encuentran los enlaces de los archivos publicados en la web de
Genially.
7.1. Juego de autoevaluación
Trivial
https://view.genial.ly/5fd9106441ce900d30a0d16e/game-juego-sistemas-de-control
Escape Room
https://view.genial.ly/5fe3597ba666f40d7dc6901e/game-breakout-escape-room-
regulacion
