Hispanopedia WikiEn teoría de control , un controlador de lazo abierto , también llamado controlador sin retroalimentación , es una parte del lazo de control de un sistema de control en la que la acción de control ("entrada" al sistema [ 1 ] ) es independiente de la "salida del proceso", que es la variable del proceso que se está controlando. [ 2 ] No utiliza retroalimentación para determinar si su salida ha alcanzado el objetivo deseado del comando de entrada o del punto de consigna del proceso .
Existen numerosos sistemas de control de lazo abierto , como el encendido/apagado de válvulas, maquinaria, luces, motores o calentadores, donde se sabe que el resultado del control es aproximadamente suficiente en condiciones normales sin necesidad de retroalimentación. La ventaja de utilizar el control de lazo abierto en estos casos radica en la reducción del número de componentes y la complejidad. Sin embargo, a diferencia de un sistema de control de lazo cerrado , un sistema de lazo abierto no puede corregir los errores que comete ni compensar las perturbaciones externas .
Lazo abierto y lazo cerrado
Fundamentalmente, existen dos tipos de bucles de control: el control de bucle abierto (anticipación) y el control de bucle cerrado (retroalimentación).
- En el control de lazo abierto, la acción de control del controlador es independiente de la "salida del proceso" (o "variable de proceso controlada"). Un buen ejemplo 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 consiste en encender y apagar la caldera, pero la variable controlada debería ser la temperatura del edificio; sin embargo, no lo es porque se trata de un control de lazo abierto de la caldera, lo que no proporciona un control de lazo cerrado de la temperatura.
- En el control de lazo 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 de retroalimentación para asegurar que el controlador mantenga el edificio a la temperatura establecida en el termostato. Por consiguiente, un controlador de lazo cerrado tiene un lazo de retroalimentación que asegura que el controlador ejerza una acción de control para dar una salida del proceso igual a la "entrada de referencia" o "punto de ajuste". Por esta razón, los controladores de lazo cerrado también se denominan controladores de retroalimentación. [ 3 ]
La definición de un sistema de control de lazo cerrado según la British Standards Institution es "un sistema de control que posee retroalimentación de monitoreo, la señal de desviación formada como resultado de esta retroalimentación se utiliza para controlar la acción de un elemento de control final de tal manera que tienda a reducir la desviación a cero". [ 4 ]
Asimismo; "Un sistema de control de retroalimentación es un sistema que tiende a mantener una relación prescrita entre dos variables del sistema comparando funciones de dichas variables y utilizando la diferencia como medio de control." [ 4 ]
Aplicaciones
Un controlador de lazo abierto se usa frecuentemente en procesos sencillos debido a su simplicidad y bajo costo, especialmente en sistemas donde la retroalimentación no es crítica. Un ejemplo típico sería una secadora de ropa doméstica antigua , cuyo tiempo de secado depende completamente del criterio del operador, sin retroalimentación automática sobre el grado de secado de la ropa.
Por ejemplo, un sistema de riego por aspersión programado para encenderse a horas fijas podría ser un ejemplo de sistema de circuito abierto si no mide la humedad del suelo como mecanismo de retroalimentación. Incluso si llueve torrencialmente sobre el césped, el sistema de aspersión se activaría según lo programado, desperdiciando agua.
Otro ejemplo es un motor paso a paso utilizado para el control de posición. Al enviarle una secuencia de pulsos eléctricos, gira exactamente esa cantidad de pasos, de ahí su nombre. Si se asumiera que el motor siempre realiza cada movimiento correctamente, sin retroalimentación de posición, se trataría de un control de lazo abierto. Sin embargo, si hay un codificador de posición o sensores que indiquen las posiciones inicial y final, entonces se trata de un control de lazo cerrado, como en muchas impresoras de inyección de tinta . La desventaja del control de lazo abierto de los motores paso a paso es que si la carga de la máquina es demasiado alta o el motor intenta moverse demasiado rápido, se pueden omitir pasos. El controlador no tiene forma de detectar esto, por lo que la máquina continúa funcionando ligeramente desajustada hasta que se reinicia. Por esta razón, los robots y máquinas herramienta más complejos utilizan servomotores en lugar de motores paso a paso, que incorporan codificadores y controladores de lazo cerrado .
Sin embargo, el control de lazo abierto resulta muy útil y económico para sistemas bien definidos donde la relación entre la entrada y el estado resultante puede modelarse de forma fiable mediante una fórmula matemática. Por ejemplo, determinar la tensión que debe alimentarse a un motor eléctrico que acciona una carga constante para alcanzar la velocidad deseada sería una buena aplicación. Pero si la carga no fuera predecible y se volviera excesiva, la velocidad del motor podría variar en función de la carga, no solo de la tensión, y un controlador de lazo abierto sería insuficiente para garantizar un control repetible de la velocidad.
Un ejemplo de esto es un sistema de transporte que debe funcionar a velocidad constante. Con un voltaje constante, la velocidad del transportador variará según la carga del motor (representada aquí por el peso de los objetos). Para que el transportador funcione a velocidad constante, es necesario ajustar el voltaje del motor en función de la carga. En este caso, se requeriría un sistema de control de lazo cerrado.
Por lo tanto, existen muchos sistemas de control de lazo abierto, como el encendido y apagado de válvulas, luces, motores o calentadores, donde se sabe que el resultado es aproximadamente suficiente sin necesidad de retroalimentación.
Combinación con control de retroalimentación
Un sistema de control de realimentación, como un controlador PID , puede mejorarse combinando la realimentación (o control de lazo cerrado ) con el control de prealimentación (o de lazo abierto). El conocimiento del sistema (como la aceleración y la inercia deseadas) puede utilizarse como prealimentación y combinarse con la salida del PID para mejorar el rendimiento general del sistema. El valor de prealimentación por sí solo suele proporcionar la mayor parte de la salida del controlador. El controlador PID debe compensar principalmente cualquier diferencia o error que quede entre el punto de consigna (SP) y la respuesta del sistema al control de lazo abierto. Dado que la salida de prealimentación no se ve afectada por la realimentación del proceso, nunca puede provocar oscilaciones en el sistema de control, mejorando así la respuesta del sistema sin afectar la estabilidad. La prealimentación puede basarse en el punto de consigna y en perturbaciones adicionales medidas. La ponderación del punto de consigna es una forma sencilla de prealimentación.
Por ejemplo, en la mayoría de los sistemas de control de movimiento, para acelerar una carga mecánica de forma controlada, se requiere mayor fuerza del actuador. Si se utiliza un controlador PID de lazo de velocidad para controlar la velocidad de la carga y la fuerza aplicada por el actuador, resulta beneficioso tomar la aceleración instantánea deseada, escalarla adecuadamente y sumarla a la salida del controlador PID de lazo de velocidad. Esto significa que, tanto al acelerar como al desacelerar la carga, se aplica una fuerza proporcional al actuador, independientemente del valor de retroalimentación. En esta situación, el lazo PID utiliza la información de retroalimentación para modificar la salida combinada y reducir la diferencia restante entre el punto de consigna del proceso y el valor de retroalimentación. En conjunto, el controlador de prealimentación de lazo abierto y el controlador PID de lazo cerrado pueden proporcionar un sistema de control más sensible en determinadas situaciones.
Véase también
- Cataract , el controlador de velocidad de lazo abierto de los primeros motores de haz
- Teoría de control , campo de la ingeniería y las matemáticas que se ocupa del comportamiento de los sistemas dinámicos con entradas y de cómo su comportamiento se modifica mediante la retroalimentación.
- Configuración de realimentación directa en un sistema de control que transmite una señal de control desde una fuente en su entorno externo a una carga ubicada en otro lugar de su entorno externo.
- Conformación de entrada , técnica de control utilizada para cancelar vibraciones en sistemas de control de lazo abierto.
- La función de transferencia de lazo abierto describe la dinámica de un sistema de control sin retroalimentación.
- Controlador proporcional-integral-derivativo , mecanismo de lazo de control utilizado en ingeniería de control basado en tres términos (P, I y D).
- Control de procesos , sistemas de automatización que utilizan la teoría de control y sistemas de control industrial físico para mantener la salida de un proceso específico dentro de un rango deseado.
Referencias
- ↑ Escudier, Marcel; Atkins, Tony (2019). "Diccionario de ingeniería mecánica" . doi : 10.1093/acref/9780198832102.001.0001 . ISBN 978-0-19-883210-2.
{{cite journal}}: Para citar una revista se requiere|journal=( ayuda ) - ↑ "Sistemas de retroalimentación y control" - JJ Di Steffano, AR Stubberud, IJ Williams. Serie de esquemas de Schaum, McGraw-Hill, 1967.
- ↑ "Sistemas de retroalimentación y control" - JJ Di Steffano, AR Stubberud, IJ Williams. Serie de esquemas de Schaum, McGraw-Hill, 1967.
- 1 2 Mayr, Otto (1970). Los orígenes del control por retroalimentación . Clinton, MA EE. UU.: The Colonial Press, Inc.
Lecturas adicionales
- Kuo, Benjamin C. (1991). Sistemas de control automático (6.ª ed.). Nueva Jersey: Prentice Hall. ISBN 0-13-051046-7.
- Ziny Flikop (2004). "Entrada acotada, control predefinido acotado, salida acotada" ( http://arXiv.org/pdf/cs/0411015 )
- Basso, Christophe (2012). "Diseño de bucles de control para fuentes de alimentación lineales y conmutadas: una guía tutorial". Artech House, ISBN 978-1608075577
- Teoría de control clásica