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Un sistema de control gestiona, ordena, dirige o regula el comportamiento de otros dispositivos o sistemas mediante bucles de control . Puede variar desde un único controlador de calefacción doméstico que utiliza un termostato que controla una caldera doméstica hasta grandes sistemas de control industriales que se utilizan para controlar procesos o máquinas. Los sistemas de control se diseñan mediante un proceso de ingeniería de control .
Para el control modulado continuamente, se utiliza un controlador de retroalimentación para controlar automáticamente un proceso u operación. El sistema de control compara el valor o estado de la variable de proceso (PV) que se controla con el valor o punto de ajuste deseado (SP) y aplica la diferencia como señal de control para llevar la salida de la variable de proceso de la planta al mismo valor que la punto fijo.
Para la lógica secuencial y combinacional , se utiliza la lógica de software , como en un controlador lógico programable . [ se necesita aclaración ]
Básicamente, existen dos tipos de bucle de control: control de bucle abierto (feedforward) y control de bucle cerrado (feedback).
En el control de bucle abierto, la acción de control del controlador es independiente de la "salida del proceso" (o "variable de proceso controlada"). Un buen ejemplo de esto es una caldera de calefacción central controlada únicamente por un temporizador, de modo que se aplica calor durante un tiempo constante, independientemente de la temperatura del edificio. La acción de control es el encendido/apagado de la caldera, pero la variable controlada debe ser la temperatura del edificio, pero no es así porque se trata de un control de bucle abierto de la caldera, que no proporciona un control de bucle cerrado de la temperatura.
En el control de circuito cerrado, la acción de control del controlador depende de la salida del proceso. En el caso de la analogía de la caldera, esto incluiría un termostato para monitorear la temperatura del edificio y, por lo tanto, enviar una señal para garantizar que el controlador mantenga el edificio a la temperatura establecida en el termostato. Por lo tanto, un controlador de circuito cerrado tiene un circuito de retroalimentación que garantiza que el controlador ejerza una acción de control para proporcionar una salida del proceso igual a la "entrada de referencia" o "punto de ajuste". Por este motivo, los controladores de bucle cerrado también se denominan controladores de retroalimentación. [1]
La definición de un sistema de control de circuito cerrado según la British Standard Institution es "un sistema de control que posee retroalimentación de monitoreo, utilizándose la señal de desviación formada como resultado de esta retroalimentación para controlar la acción de un elemento de control final de tal manera que tienden a reducir la desviación a cero." [2]
Asimismo; "Un sistema de control de retroalimentación es un sistema que tiende a mantener una relación prescrita de una variable del sistema con otra comparando funciones de estas variables y utilizando la diferencia como medio de control". [3]
Un controlador de bucle cerrado o controlador de retroalimentación es un bucle de control que incorpora retroalimentación , a diferencia de un controlador de bucle abierto o controlador sin retroalimentación . Un controlador de circuito cerrado utiliza retroalimentación para controlar estados o salidas de un sistema dinámico . Su nombre proviene de la ruta de información en el sistema: las entradas del proceso (p. ej., voltaje aplicado a un motor eléctrico ) tienen un efecto sobre las salidas del proceso (p. ej., velocidad o par del motor), que se mide con sensores y se procesa por el controlador; el resultado (la señal de control) se "realimenta" como entrada al proceso, cerrando el ciclo. [4]
En el caso de los sistemas de retroalimentación lineal , se organiza un circuito de control que incluye sensores , algoritmos de control y actuadores en un intento de regular una variable en un punto de ajuste (SP). Un ejemplo cotidiano es el control de crucero de un vehículo de carretera; donde influencias externas, como colinas, provocarían cambios de velocidad y el conductor tiene la capacidad de modificar la velocidad establecida deseada. El algoritmo PID en el controlador restablece la velocidad real a la velocidad deseada de una manera óptima, con un retraso mínimo o exceso , controlando la potencia de salida del motor del vehículo. Los sistemas de control que incluyen cierta percepción de los resultados que están tratando de lograr utilizan la retroalimentación y pueden adaptarse a circunstancias variables hasta cierto punto. Los sistemas de control de bucle abierto no utilizan retroalimentación y funcionan únicamente de maneras preestablecidas.
Los controladores de lazo cerrado tienen las siguientes ventajas sobre los controladores de lazo abierto:
En algunos sistemas, el control de bucle cerrado y el de bucle abierto se utilizan simultáneamente. En tales sistemas, el control de bucle abierto se denomina avance y sirve para mejorar aún más el rendimiento del seguimiento de referencia.
Una arquitectura de controlador de circuito cerrado común es el controlador PID .
Históricamente, los sistemas de control lógico para maquinaria industrial y comercial se implementaban mediante relés eléctricos interconectados y temporizadores de levas que utilizaban lógica de escalera . Hoy en día, la mayoría de estos sistemas se construyen con microcontroladores o controladores lógicos programables (PLC) más especializados. La notación de lógica de escalera todavía se utiliza como método de programación para PLC. [6]
Los controladores lógicos pueden responder a interruptores y sensores y pueden hacer que la maquinaria arranque y detenga diversas operaciones mediante el uso de actuadores . Los controladores lógicos se utilizan para secuenciar operaciones mecánicas en muchas aplicaciones. Los ejemplos incluyen ascensores, lavadoras y otros sistemas con operaciones interrelacionadas. Un sistema de control secuencial automático puede activar una serie de actuadores mecánicos en la secuencia correcta para realizar una tarea. Por ejemplo, diversos transductores eléctricos y neumáticos pueden doblar y pegar una caja de cartón, llenarla con el producto y luego sellarla en una máquina envasadora automática.
El software de PLC se puede escribir de muchas maneras diferentes: diagramas de escalera, SFC ( gráficos de funciones secuenciales ) o listas de instrucciones . [7]
El control de encendido y apagado utiliza un controlador de retroalimentación que cambia abruptamente entre dos estados. Un termostato doméstico bimetálico simple puede describirse como un controlador de encendido y apagado. Cuando la temperatura en la habitación (PV) desciende por debajo de la configuración del usuario (SP), el calentador se enciende. Otro ejemplo es un interruptor de presión en un compresor de aire. Cuando la presión (PV) cae por debajo del punto de ajuste (SP), el compresor se enciende. Los refrigeradores y las bombas de vacío contienen mecanismos similares. Los sistemas simples de control de encendido y apagado como estos pueden resultar económicos y eficaces.
La lógica difusa es un intento de aplicar el diseño sencillo de controladores lógicos al control de sistemas complejos que varían continuamente. Básicamente, una medición en un sistema de lógica difusa puede ser parcialmente cierta.
Las reglas del sistema están escritas en lenguaje natural y traducidas a lógica difusa. Por ejemplo, el diseño de un horno comenzaría con: "Si la temperatura es demasiado alta, reduzca el combustible que llega al horno. Si la temperatura es demasiado baja, aumente el combustible que llega al horno".
Las mediciones del mundo real (como la temperatura de un horno) están difusas y la lógica se calcula aritméticamente, a diferencia de la lógica booleana , y las salidas están defusificadas para controlar el equipo.
Cuando un diseño difuso robusto se reduce a un cálculo único y rápido, comienza a parecerse a una solución de circuito de retroalimentación convencional y podría parecer que el diseño difuso era innecesario. Sin embargo, el paradigma de la lógica difusa puede proporcionar escalabilidad para grandes sistemas de control donde los métodos convencionales se vuelven difíciles de manejar o costosos de obtener. [ cita necesaria ]
La electrónica difusa es una tecnología electrónica que utiliza lógica difusa en lugar de la lógica de dos valores más comúnmente utilizada en la electrónica digital .
La gama de implementaciones de sistemas de control abarca desde controladores compactos, a menudo con software dedicado para una máquina o dispositivo en particular, hasta sistemas de control distribuido para el control de procesos industriales para una gran planta física .
Los sistemas lógicos y los controladores de retroalimentación generalmente se implementan con controladores lógicos programables .
