🔌 SISTEMAS de CONTROL ANALÓGICOS y DIGITALES

👊 En los sistemas de control analógicos todas las señales son funciones continuas de tiempo y es el tamaño de la señal la que es una medida de la variable (como podemos observar en la siguiente imagen en el apartado a)). 

Señales en los sistemas de control analógicos

👍 Los ejemplos presentados hasta el momento en nuestras publicaciones son de ese tipo. Los sistemas de control digitales pueden considerarse como una secuencia de señales de encendido /apagado, el valor de la variable que se representa por la secuencia de pulsos de encendido /apagado (imagen  anterior 👆 apartado b)).

💢 Al utilizar una señal digital para que represente una señal analógica continua, la señal analógica se muestrea en instantes particulares de tiempo y los valores de la muestra se convierten efectivamente en un número digital, es decir, en una secuencia particular de señales digitales. Por ejemplo, podríamos tener para una señal digital de tres dígitos la secuencia digital de:

ningún pulso, ningún pulso, un pulso que representa una señal análoga de 0V,
ningún pulso, ningún pulso, un pulso que representa 1V,
ningún pulso, pulso, ningún pulso que representa 2V,
ningún pulso, pulso, pulso que representa 3V,
pulso, ningún pulso, ningún pulso que representa 4V,
pulso, ningún pulso, pulso que representa 5V,
pulso, pulso, ningún pulso que representa 6V,
pulso, pulso, pulso que representa 7V.

👋 Dado que la mayoría de las situaciones que se han de controlar son analógicas por naturaleza y que son las entradas y las salidas de sistemas de control, por ejemplo una entrada de temperatura y la salida de un calentador, una característica necesaria de un sistema de control digital es que las entradas analógicas reales se deben convertir a formas digitales y las salidas digitales deben volver

a formas analógicas reales. Esto implica el uso de convertidores analógicos a digitales (ADC) para las entradas y convertidores digitales a analógicos (DAC) para las salidas.

La siguiente figura 👇 el apartado a) muestra los elementos básicos del sistema de control digital de lazo cerrado. 

Sistema de control de lazo cerrado

👊 El valor de referencia, o punto de establecimiento, debe ser una entrada a partir de un interruptor. Los elementos del convertidor analógico a digital (ADC) y del convertidor digital a analógico (DAC) están incluidos en el lazo a fin de que se pueda reemplazar el controlador digital con señales digitales

desde sistemas de medición analógicas, y su salida de señales digitales se puedan convertir a una forma analógica para operar las unidades de corrección.

💥 Pareciera que habría que agregar un grado de complejidad al sistema de control para tener esta conversión analógica a digital y la conversión digital a analógica, pero hay algunas ventajas importantes: las operaciones digitales se pueden controlar mediante un programa, es decir, un conjunto de instrucciones establecidas; el almacenamiento de información es más fácil; la precisión

puede ser mayor; los circuitos digitales se ven menos afectados por el ruido, e inclusive son más fáciles de diseñar.

💣 El controlador digital podría ser una computadora que procesaría un programa, digamos una parte de un software, para implementar las acciones requeridas.

👉 El término algoritmo de control se emplea para describir la secuencia de pasos que se requieren para resolver la problemática del control. El algoritmo de control que se utilizaría para un control digital se podría describir por los siguientes pasos:

Leer el valor de referencia, es decir, el valor deseado.

Leer la salida de la planta real desde el ADC.

Calcular la señal de error.

Calcular la salida requerida del controlador.

Enviar la salida del controlador al DAC.

Esperar el siguiente intervalo de muestreo.

💥 Sin embargo, muchas de las aplicaciones no necesitan el gasto de una computadora y un microchip bastaría. Por tanto, en las aplicaciones de mecatrónica se suele utilizar un microcontrolador para un control digital. Un microcontrolador es un microprocesador con elementos integrados agregados como una memoria y convertidores analógico a digital y digital a analógico, los cuales se pueden conectar directamente a la planta que se va a controlar de modo que el arreglo podría ser como se muestra en la figura anterior 👆 en el apartado b). 

Entonces, el algoritmo de control podría ser:

Leer el valor de referencia, es decir, el valor deseado.

Leer la salida de la planta real desde su puerto de entrada del ADC.

Calcular la señal de error.

Calcular la salida requerida del controlador.

Enviar la salida del controlador a su puerto de salida del DAC.

Esperar el siguiente intervalo de muestreo.

👉 Un ejemplo de un sistema de control digital puede ser un sistema de control automático para el control de la temperatura de la habitación que incluye un sensor de temperatura que da una señal analógica, la cual, después de una señal de acondicionamiento apropiada para convertirla en señal digital, es colocada en la entrada del sistema de microprocesador donde se compara con el conjunto de valor y una señal de error generada. Entonces, un controlador digital la sigue para dar a esta salida una señal digital que, una vez emitida la señal apropiada de acondicionamiento para dar un equivalente analógico, se puede utilizar para controlar un calentador y por lo tanto la temperatura de la habitación. Tal sistema puede ser programado con facilidad para diferentes temperaturas en diferentes horas del día.

Para ilustrar más sobre el sistema de control digital, la siguiente figura 👇 muestra una forma de sistema de control digital para la velocidad que un motor puede alcanzar. 

Control de velocidad angular de un motor

✋ El software que se utiliza con un controlador digital necesita ser capaz de:

Leer datos desde su puerto de entrada.

Llevar datos de transferencia internos y operaciones matemáticas.

Enviar datos a sus puertos de salida.

Además, contendrá:

Estructuras para determinar en qué momentos se implementará el sistema. De esta forma podríamos contar con que el programa sólo espera que ocurra el tiempo de muestreo de ADC y luego salte a la acción cuando se presente una entrada de una muestra. El término poleo se emplea en situaciones

como éstas, cuando el programa verifica constantemente los puertos de entrada para cada evento de muestreo. De modo que debemos:

Comprobar los puertos de entrada para señales de entrada.

No ejecutar si no hay señales.

Comprobar los puertos de entrada para señales de entrada.

No ejecutar si no hay señales.

Comprobar los puertos de entrada para señales de entrada.

Leer datos ante señal desde sus puertos de entrada.

Llevar datos de transferencia internos y operaciones matemáticas.

Enviar datos a sus puertos de salida.

Comprobar los puertos de entrada para señales de entrada.

No ejecutar si no hay señales.

Y así sucesivamente.

💢 Una alternativa de poleo es utilizar un control de interrupción. El programa no comprueba sus puertos de entrada pero recibe una señal cuando se presenta una entrada. Esta señal puede provenir de un reloj externo el cual proporciona una señal cada vez que el ADC toma una muestra.

No hay señal de reloj externo.

No actuar.

Señal de reloj externo de que se ha dado una entrada.

Leer datos desde sus puertos de entrada.

Llevar datos de transferencia internos y operaciones matemáticas.

Enviar datos a sus puertos de salida.

Esperar la siguiente señal del reloj externo.

Escrito por Archie Tecnology