Un sistema automático es un conjunto de componentes físicos conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, es decir, sin intervención de agentes exteriores, corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento.
Aplicación de los sistemas de control:
los sistemas automáticos de control tienen un papel importantísimo sobre todo en la mejora de nuestra calidad de vida en multitud de campos como por ejemplo en los procesos industriales ( aumenta las cantidades y mejora la calidad del producto gracias a la producción en serie y a las cadenas de montaje, reducir los costes de producción, etc.), en los hogares (mejoran considerablemente la calidad de vida de las personas en el interior de los propios hogares, por ejemplo la lavadora), avances científicos (en misiones espaciales, cuyo éxito se fundamenta en un control tanto del vuelo como de la órbita y el soporte de mantenimiento del sátelite en la esa órbita), avances tecnológicos (en limpiaparabrisas inteligentes para coches, despertadores especiales para conductores de vehículos, etc.)
Entrada:
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. Por ejemplo en un sistema de control de la temperatura de una habitación con un termostato , abrir una ventana en invierno, sería una perturbación del sistema, debido a la masa de aire frio que penetra.
Los sistemas de control pueden ser naturales, como el sistemas de transpiración del ser humano, artificiales, como un sistema de calefacción controlado por un termostato o mixtos de los dos anteriores, como el sistema constituido por una persona que maneja un automóvil.
Diagrama de bloques:
los sistemas de control se suelen representar mediante diagramas de bloques, en los que se ofrece una expresión visual y simplificada de las relaciones entre la entrada y la salidad de un sistema físico.
Tipos de sistemas de control: pueden ser de bucle abierto o lazo abierto, que son aquellos en los que la acción de control es independiente de la salida.
Y pueden ser también de bucle cerrado o lazo cerrado en los que la acción de control depende, en cierto modo, de la salida.
Sistemas de control en lazo abierto
Un sistema de control de bucle abierto es aquel en el que la señal de salida no influye sobre la señal de entrada. Actuando directamente sobre los elementos que controlar el comportamiento del sistema sin verse afectado por la salida de éste. Por ejemplo la lavadora automática.
Transductor:
modifica o adapta la naturaleza de la señal de entrada al sistema de control.Actuador o accionador
Modifica la entrada al sistema comandado por la salida del transductor.
2. Sistemas de control en lazo cerrado:
es aquel en el que la acción de control es, en cierto modo, dependiente de la salida.
- La realimentación es la propiedad de un sistema en bucle cerrado por la cual la salida se compara con la entrada del sistema de manera que la acción de control se establezca como una función de ambas.
Los sistemas de control en bucle cerrado son aquellos en los que existe una realimentación de la señal de salida, de manera que esta ejerce un efecto sobre la acción de control.
Error:
La salida es realimentada hacia la entrada. Ambas se comparan y la diferencia que existe entre la entrada, que es la referencia o consigna, y el valor de la salida se conoce como error.
Actúa sobre los elementos de control en el sentido de reducirse a cero y llevar la salida a su valor correcto.Regulador:
es el elemento que determina el comportamiento del bucle, por tanto es un elemento de gran precisión.
Diferencia entre sistema de lazo abierto y de lazo cerrado:
Una de las diferencias entre el sistema de control en bucle abierto y en bucle cerrado, es que los sistemas de bucle abierto son extramadamente sensibles a las perturbaciones, por el contrario, los sistemas en bucle cerrado son muy poco sensibles a las perturbaciones.
TEMA 5: 1. Componentes de un sistema de control:
Regulador:
es el elemento más importante del bucle de control. Puede ser de acción proporcional, integral o diferencial.
Transductor:
dispositivo que transforma una magnitud o señal de entrada en otra de salida.
Comparador:
proporciona la diferencia entre la señal de salida deseada y la obtenida realmente.
Accionador o actuador:
es el elemento final de control que actúa sobre el proceso según la señal de mando que reciba del regulador.
2. Transductores y captadores: pueden ser de posición, proximidad y desplazamiento, de velocidad, de temperatura, de presión y para la medida de iluminación.
A) Transductores de posición, proximidad y desplazamiento: pueden ser:
Transductores resistivos:
son probablemente los mas usados y existen en una amplia variedad de tipos.
Transductores inductivos, Transductores capacitivos, Interruptores final de carrera, Los ultrasonidos ( son vibraciones en un medio material cuya frecuencia es superior a la perceptible por el odio humano (f>20 kHz) Por ejemplo el sonar esta basado en ultrasonidos) y el radar (es un sistema para detectar, mediante el empleo de ondas electromagnéticas, la presencia y la distancia a la que se encuentran objetos que interceptan su propagación).
B) Transductores de velocidad: una Pueden ser: Tacómetros mecánicos, Tacómetro eléctricos, Tacómetro de corrientes parásitas o tacómetro de arrastre, Tacómetro de inducción, Tacómetro de corriente alterna, tacómetro de corriente continua o dínamo tacométrica, tacómetro de frecuencia o frecuencímetro.
C) Transductores de temperatura: pueden ser:
Las termorresistencias: los transductores de resistencia metálica conocidos como RTD, consisten en un hilo metálico cuya resistencia varía con la temperatura.
Termistor:
son resistores variables con la temperatura, pero no consisten en conductores metálicos, como la RTD, sino en semiconductores.
Pueden ser: NTC( Negative temperature coefficient)
,que poseen un coeficiente de variación de la resistencia com la temperatura negativo y de valor elevado, o PTC (Positive temperature coefficient), que poseen la propiedad de que su estructura cristalina se modifica a determinada temperatura, lo que varía el valor de la resistencia eléctrica.
Termopares:
transductores de temperatura que se basan en el efecto Seebeck, consistente en que cuando se cierra un circuito con dos conductores metálicos diferentes, manteniendo una soldadura caliente y la otra fría, se establece en él una corriente eléctrica debida a la fuerza electromotriz producida por la difrencia de temperatura. Los termopares son muy usados en la industria. Para su construcción se emplean aleaciones.
D) Transductores de presión: transductores mecánicos (manómetro de tubo en U, tubo Bourdon, Elementos en espiral y en hélice, diafragma y fuelle)
, transductores electromecánicos ( transductores resistivos, capacitivos, galgas extensométricas, galgas cementadas, galgas sin cementar, transductores pizoeléctricos)
y transductores de vacío ( manómetro de McLeod, Transductores térmicos y de ionización).
E) Medidas de la iluminación: fotorresistencias (LDR, células fotorresistivas cuya resistencia eléctrica depende del flujo luminoso que incida sibre ellas por unidad de superficie), Fotodiodos y fototransistores.