Diagrama general de un sistema de control.
Sistemas con Realimentación Negativa
por Marcelo Valdéz
Diagrama general de un sistema de control.
La señal de acción es la señal que ingresamos al sistema para indicarle el valor que deseamos para la variable de salida, llamada variable controlada.
El sistema de control se encargará de mantener la variable controlada en el valor que hemos indicado con la señal de acción, haciendo lo que sea necesario para que no varíe según las condiciones ambientales, ruidos, envejecimiento de componentes, etc.
La señal de acción puede ser una variable mecánica, como la posición de una perilla, de un control deslizable, etc., o bien otro tipo de variables como una tensión, corriente, temperatura, etc, etc.
La variable controlada puede ser una variable mecánica como la posición de un puente, la velocidad de un motor, el ángulo de rotación de un brazo robot, etc. o bien una variable eléctrica como una tensión, corriente, o frecuencia, u otro tipo de variables como la temperatura de un recinto, nivel de iluminación, etc.
SISTEMAS DE CADENA CERRADA
Para que el sistema de control pueda mantener la variable controlada en el valor que deseamos, es necesario incorporar la realimentación. Entonces el sistema se denomina "de cadena cerrada".
En el siguiente diagrama, hemos incorporado un comparador, un controlador y un adaptador que adapta la variable de salida a valores que puedan ser introducidos al comparador (transductor de realimentación)
sistema de control con realimentación
La realimentación toma una muestra de la variable controlada (en forma directa o indirecta), la adapta a las dimensiones de la señal de acción, (a través del transductor de retroalimentación) y compara estas dos señales (en el comparador).
Si no son iguales, es porque aún no se ha alcanzado el valor deseado, entonces el sistema de control actúa sobre la variable controlada para acercarla a dicho valor deseado.
Entonces se dice que hay un error, y que el sistema de control amplifica el error y actúa sobre el proceso controlado.
Una vez que la variable controlada alcanza el valor deseado, el error se anula, y no hay acción sobre el proceso controlado hasta que por alguna razón externa (o desviaciones internas en el sistema de control) la variable controlada vuelva a salirse del valor deseado.
La salida del comparador es la señal de error. Esta señal es manipulada por el controlador, obteniéndose la señal de acción que actuará sobre la planta o proceso controlado, modificando alguna de sus variables que se llamará variable controlada.
La variable controlada es observada (introducida) al transductor de realimentación, para obtener la señal de realimentación primaria, señal compatible con el comparador al cual es ingresada.
El controlador reacciona ante un error en más o en menos, actuando rápidamente sobre el proceso mediante su señal de acción para acercar la salida al valor deseado. De este modo se reduce el error cada vez más.
Si el controlador reacciona en forma demasiado suave (con poca fuerza sobre el proceso controlado), cuando ingresemos un cambio en la referencia, la salida alcanzará el valor deseado también lentamente, ya que el sistema posee una determinada inercia a vencer por la señal de acción.
En este caso, si la señal de referencia cambia rápidamente de un valor a otro, en forma periódica, la salida no podrá seguir estas órdenes, y en lugar de reproducir los cambios de la referencia, se mantendrá en un valor promedio, "intentando" seguir la entrada, pero lográndolo solamente para los cambios más lentos de la misma, o para los cambios en su "promedio".
Lo ideal sería proveer al controlador de mucha fuerza, para que sea capaz de vencer la inercia del sistema, y éste reaccione rápidamente a los cambios de la variable de referencia, sin embargo esto puede producir otros efectos indeseables, y hasta peligrosos, por lo que un sistema sumamente rápido debe ser altamente sofisticado.
DETECTOR DE ERROR
Así como es necesario un bloque que convierta el valor de la variable controlada en una señal que pueda ser introducida al comparador (transductor de realimentación), a veces es necesario agregar un bloque que convierta la señal de control (señal de entrada) a un valor compatible con el comparador (transductor de entrada).
Generalmente, el comparador acepta voltajes como entradas, y genera también un voltaje como resultado. Por otra parte, la señal de control y la variable controlada pueden no ser valores eléctricos, o son valores de potencia.
Entonces los transductores de entrada y de realimentación, se encargan de transformar variables mecánicas o eléctricas de potencia, a valores de tensión de señal.
El detector de error puede representarse por un bloque único, teniendo como entradas la señal de control y la señal de retroalimentación primaria, y como salida la señal de error (o señal impulsora).
La señal de error ingresará al controlador, que genera la señal de acción que actuará sobre el proceso controlado para llevar a la variable controlada a su valor deseado.
SISTEMAS DE BUCLE ABIERTO
Cuando no hay realimentación, el sistema se denomina "de bucle abierto" y la señal de acción sobre el proceso controlado será siempre la misma. El sistema no "conoce" el verdadero valor que realmente alcanzó la variable controlada, sino que está diseñado para "apuntar" a un valor, que sólo será alcanzado para determinadas condiciones ambientales únicas. Por lo tanto, este sistema deberá ser "ajustado manualmente" cada vez que cambien esas condiciones ambientales, o cuando, por envejecimiento de los componentes del controlador, la señal de acción no sea la calculada durante el diseño.
Sistema de bucle abierto
EFECTOS DE LA REALIMENTACIÓN
La realimentación, además de hacer que el sistema
"conozca" el verdadero valor de la variable controlada, produce cambios
en las siguientes propiedades del sistema:
Estabilidad
Ancho de Banda
Ganancia Global
Impedancia
Sensibilidad
<INICIO>