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| Elementos de un sistema de control de lazo cerrado |
En la imagen anterior 👆 se muestra la configuración general de un sistema básico de lazo cerrado.
💢 Consta de los siguientes elementos:
1. Elemento comparador / comparador.
Compara el valor deseado o de referencia de la condición variable que se controla con el valor medido de lo que se produce y genera una señal de error. Se puede considerar que suma la señal de referencia, positiva, a la señal del valor medido, que en este caso es negativa:
señal de error = señal del valor de referencia - señal del valor medido
En general, el símbolo utilizado para representar un elemento en el que se suman las señales es un circulo dividido; cada entrada va a un segmento.
Como todas las entradas se suman, la entrada de retroalimentación se indica como negativa y la señal de referencia como positiva, de manera que la suma da la diferencia entre las señales. Un lazo de retroalimentación es el medio por el cual una señal relacionada con la condición real producida
se retroalimenta para modificar la señal de entrada de un proceso. Se dice que la retroalimentación negativa es cuando la señal que se retroalimenta se resta al valor de entrada. Para controlar un sistema se requiere la retroalimentación negativa. La retroalimentación positiva se presenta cuando la retroalimentación de la señal se suma a la señal de entrada.
2. Elemento de control / controlador.
En cuanto recibe una señal de error, el controlador decide qué acción llevar a cabo. Podría tratarse, por ejemplo, de una señal para accionar un interruptor o abrir una válvula. El plan de control que aplica el controlador podría consistir en entregar una señal que encienda o apague un dispositivo al producirse un error, como en el caso del termostato de una habitación; o quizás una señal que abra o cierre proporcionalmente una válvula, de acuerdo con la magnitud del error. Las acciones de control pueden ser sistemas cableados, en cuyo caso la acción de control se define de manera permanente por la conexión entre los elementos; o bien, pueden ser sistemas programables, donde el algoritmo de control se almacena en una unidad de memoria y se puede modificar con una reprogramación.
En próximas publicaciones analizaremos los controladores.
3. Elemento correcto.
El elemento de actuación produce un cambio en el proceso a fin de corregir o modificar la condición controlada. Puede ser un interruptor que enciende un calentador para aumentar la temperatura de un proceso, o una válvula que al abrirse permite la entrada de un mayor volumen de liquido al proceso. El término actuador designa al elemento de una unidad de corrección que proporciona la energía para realizar la acción de control. Los elementos de corrección los estudiaremos próximamente.
4. Planta / Elemento de proceso.
El proceso es aquello que se está controlando. Puede tratarse de la habitación de una casa cuya temperatura se controla o de un tanque con agua cuyo nivel se controla.
5. Elemento de medición.
El elemento de medición produce una señal relacionada con el estado de la variable del proceso que se controla. Podría tratarse de un interruptor que se enciende cuando alcanza determinada posición o de un termopar que produce una fem relacionada con la temperatura.
En el caso del sistema de lazo cerrado de la Figura del encabezamiento de esta lección, para una persona que controla la temperatura de una habitación, los elementos del sistema son:
Variable controlada -- temperatura de la habitación
Valor de referencia -- temperatura deseada de la habitación
Comparador -- persona que compara el valor medido y el valor de temperatura deseada
Señal de error -- diferencia entre las temperaturas medida y deseada
Controlador -- persona
Unidad de corrección -- interruptor del calentador
Proceso -- calentamiento mediante un calentador
Dispositivo de medición -- termómetro
Un sistema de control automático para el control de una habitación puede involucrar un elemento termostático el cual es sensible a la temperatura. Se enciende cuando la temperatura cae por debajo de un valor establecido y se apaga cuando lo alcanza. El esquema es el siguiente 👇.
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| Calentamiento de una habitación es un sistema de lazo cerrado |
Este interruptor sensible a la temperatura se usa entonces para encender el calentador. El elemento termostático tiene las funciones combinadas de comparación del valor de la temperatura requerida con el que tiene lugar y controla la operación de un interruptor. A menudo, éste es el caso que los elementos en los sistemas de control son capaces de combinar una cantidad de funciones.
En la figura siguiente 👇 se muestra un ejemplo de un sistema de control sencillo que sirve para mantener constante el nivel del agua en un tanque.
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| Control automático del nivel del agua |
El valor de referencia es el ajuste inicial del brazo de la palanca, de manera que interrumpa el suministro de agua justo en el nivel deseado. Al salir el agua del tanque, el flotador se desplaza hacia abajo, junto con el nivel del agua. Esto provoca el giro de la palanca, y permite la entrada de agua. El flujo continúa hasta que el flotador sube al punto en que la palanca impide la entrada de más
agua. Se trata de un sistema de lazo cerrado cuyos elementos son:
Variable controlada --- nivel del agua en el tanque
Valor de referencia --- ajuste inicial del flotador y posición de la palanca
Comparador --- la palanca
Señal de error --- diferencia entre las posiciones real e inicial de la palanca
Controlador --- palanca con pivote
Unidad de corrección --- tapadera con la que abre o cierra el paso del agua
Proceso --- nivel del agua en el tanque
Dispositivo de medición --- flotador y palanca
Lo anterior 👆 es un ejemplo de sistema de control de lazo cerrado que involucra sólo elementos mecánicos, ¿se puede colocar la palabra "elementos" completa?. También habría sido posible controlar el nivel del líquido con un sistema de control electrónico. En este caso se tendría un sensor de nivel para producir una señal eléctrica que serviría, después de un acondicionamiento adecuado, como entrada a una computadora donde se compara con un valor predeterminado; la diferencia sería la señal de error, que se utiliza para dar una respuesta adecuada de la salida de la computadora. Esta, después de acondicionarla, se usa para controlar el movimiento de un actuador en la válvula de control de flujo y
determinar la cantidad de agua que se deja entrar al tanque.
En la imagen siguiente 👇 se muestra un sistema de control automático sencillo para la velocidad angular de un eje.
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| Control de la velocidad angular de un eje |
Mediante un potenciómetro se fija el valor de referencia, es decir, el voltaje que se alimenta al amplificador diferencial y que sirve como valor de referencia de la velocidad angular deseada. El amplificador diferencial se usa para comparar y amplificar los valores de referencia y de retroalimentación, es decir, amplifica la señal de error. Esta señal amplificada se envía a un motor, que a su vez ajusta la velocidad angular del eje. La velocidad del eje se mide utilizando un tacogenerador, conectado al eje mediante un par de engranajes cónicos. La señal del tacogenerador se retroalimenta al amplificador diferencial:
Variable controlada --- velocidad angular del eje
Valor de referencia --- ajuste inicial de deslizamiento en el potenciómetro
Comparador --- el amplificador diferencial
Señal de error --- diferencia entre la salida desde el potenciómetro y desde el sistema
tacogenerador
Controlador --- el amplificador diferencial
Unidad de corrección --- el motor
Proceso --- engranaje rotatorio
Dispositivo de medición --- el tacogenerador
Escrito por Archie Tecnology
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