En este tutorial, aprenderá sobre conceptos importantes de sistemas de control conocidos como sistemas de bucle abierto. Cubriremos los conceptos básicos de los sistemas y los sistemas de control, qué son los sistemas de bucle abierto, sus ventajas y desventajas y algunos ejemplos de sistemas de bucle abierto.
Tabla de contenido
¿Cuál es el sistema?
Un sistema se define como una colección de bloques (o componentes u objetos) que están interconectados para realizar un proceso (o lograr o llevar a cabo un propósito). Otra definición simple de sistema es que es un grupo de componentes (o elementos) que están conectados en secuencia para realizar una función (o tarea) específica.
Un sistema no es sólo una entidad física. También puede ser una abstracción, fenómeno o concepto comúnmente utilizado en los campos de las matemáticas o la economía. Sin embargo, un sistema físico consta de objetos físicos que están conectados entre sí para realizar una función.
Considere un motor eléctrico. Es un sistema físico con componentes como rotores, estatores, jaulas y cableado. Toma energía eléctrica como entrada y produce energía mecánica como salida.
Con base en este ejemplo, podemos redefinir el concepto de sistema como una disposición de componentes dentro de un límite que trabajan juntos aceptando una entrada (o entradas) y proporcionando una salida.
¿Qué es un sistema de control?
Un sistema de control es un sistema que controla la salida cambiando y ajustando la entrada. Otra definición de sistema de control es que es una combinación de subsistemas y procesos que trabajan juntos para obtener los resultados y el rendimiento deseados en determinadas entradas.
La definición de sistema de control se puede entender fácilmente considerando un ejemplo. El sistema de control que vamos a comentar es un ascensor.
Imagina que entras al ascensor y pulsas la tecla “4” (porque quieres ir al número 4)th piso). El sistema de control del ascensor toma esta entrada y opera los motores y puertas en consecuencia (salidas). El tiempo de funcionamiento del motor depende de la tecla de entrada pulsada. Es decir, depende de la tecla presionada.
Hay dos definiciones más de sistemas de control que pueden ser de interés. Un sistema de control es un grupo de dispositivos interconectados, cada dispositivo tiene sus propias cantidades de entrada y salida y controla el siguiente sistema conectando sus salidas.
Un sistema de control también se puede definir como un grupo de dispositivos utilizados para controlar o coordinar las funciones de otros sistemas. Por ejemplo, la industria pesada utiliza sistemas de control de producción para controlar la maquinaria de producción.
Hay varias formas de clasificar los sistemas de control. Las clasificaciones comunes de sistemas de control incluyen:
- Sistemas de bucle abierto y cerrado: basados en señales de retroalimentación
- Sistemas lineales y no lineales – basados en ecuaciones diferenciales
- Sistemas continuos versus discretos: según el tipo de señales en el sistema
- Sistemas variables e invariantes en el tiempo – basados en la dependencia del tiempo
Aquí estamos interesados en los sistemas de control basados en retroalimentación, es decir, sistemas de bucle abierto y cerrado, especialmente sistemas de bucle abierto, que son el tema principal de este tutorial.
En algunos casos, los sistemas de control pueden utilizar retroalimentación para lograr consistencia y estabilidad del sistema y producir el resultado deseado. La retroalimentación no es más que una parte de la señal de salida que se devuelve a la entrada. La retroalimentación es uno de los conceptos importantes que se utilizan con frecuencia en los sistemas de control.
La retroalimentación conectada a la entrada del sistema permite que el sistema ajuste los parámetros para obtener la respuesta de salida deseada.
Según las conexiones de retroalimentación, es decir, si se utiliza retroalimentación o no, los sistemas de control se dividen en dos tipos. ellos son:
- sistema de control de bucle abierto
- sistema de control de circuito cerrado
sistema de circuito abierto
Un sistema de control sin retroalimentación conectada se llama sistema de circuito abierto. Este tipo de sistemas son independientes de la salida. En otras palabras, en un sistema de bucle abierto, la salida no se utiliza como variable de control del sistema y no afecta la entrada.
Los sistemas de bucle abierto son sistemas de flujo de señal unidireccional. Estos sistemas también se denominan sistemas sin retroalimentación porque no contienen retroalimentación, lo que significa que la salida no se retroalimenta a la entrada.
La siguiente figura muestra un diagrama de bloques simple de un sistema de bucle abierto.
En un sistema de bucle abierto, la salida se puede ajustar/cambiar variando la entrada, pero la salida no afecta la entrada. La salida de un sistema de bucle abierto sólo puede determinarse por su entrada de estado actual. Si la salida se ve afectada por ruidos o perturbaciones externas, un sistema de bucle abierto no puede corregirlo.
Los sistemas de bucle abierto también son más propensos a cometer errores porque no hay oportunidad de corregir los errores de transición.
Aplicaciones del sistema de bucle abierto
Utilizamos sistemas de control de bucle abierto en muchas aplicaciones de la vida diaria. Algunos sistemas comunes diseñados basándose en conceptos de sistemas de control de bucle abierto incluyen:
- lavadora
- bombilla
- secador de manos electrico
- tostadora de pan basada en el tiempo
- grifo automático
- mando a distancia de TV
- secadora de ropa electrica
- persianas o persianas
- motor paso a paso o servomotor
- impresora de inyección de tinta
- sistema de cerradura de puerta
- sistema de control de tráfico
Ejemplo en tiempo real de un sistema de bucle abierto
A continuación se describen algunos ejemplos en tiempo real de sistemas de bucle abierto.
secadora de ropa electrica
Opere la secadora de ropa de acuerdo con la cantidad de ropa a secar. Configure un temporizador en su sistema para realizar esta operación (por ejemplo, 20 minutos). Al ser un sistema automático de circuito abierto, la máquina dejará de funcionar automáticamente después de 20 minutos, independientemente de la naturaleza de la ropa, como seca o húmeda.
Las secadoras de ropa son sistemas de circuito abierto porque no tienen en cuenta el estado de la ropa antes de que deje de funcionar. Los usuarios pueden ajustar el tiempo de funcionamiento del sistema configurando el control del temporizador según sus requisitos. Consulte el diagrama de bloques a continuación para conocer el sistema de control de circuito abierto y la secadora eléctrica.
Aquí, un sistema de secadora eléctrica tiene tres bloques: el temporizador, el elemento calefactor y la ropa. Primero, el usuario configura un temporizador que indica cuánto tiempo debe secarse la ropa. El control del temporizador también funciona junto con un elemento calefactor para generar calor para secar la ropa.
Como no hay información sobre la ropa o la humedad, el sistema deja de funcionar después de un tiempo determinado y no tiene en cuenta el estado de la ropa. Incluso si tu ropa está seca, el sistema se apagará después del tiempo asignado.
Debido a que este sistema no tiene retroalimentación, también se lo conoce como “sistema sin retroalimentación”, donde la salida del sistema depende solo de la señal de entrada y no hay ninguna acción de control sobre la señal de entrada basada en la salida.
La salida de un sistema de control de bucle abierto no se compara con la entrada del sistema para verificar si hay errores en la salida. La salida de una señal sin retroalimentación depende “fielmente” de su entrada y no depende de ninguna otra condición o parámetro externo al sistema.
Estos sistemas pueden experimentar grandes desviaciones en la producción si se cambia la configuración del sistema. Los sistemas de bucle abierto no conocen la salida y no pueden corregir los errores por sí mismos. Este es un gran inconveniente de los sistemas de control de bucle abierto.
Otro inconveniente es que estos sistemas no pueden hacer frente a perturbaciones externas y tienen una capacidad muy baja para resistir la introducción de cambios en los parámetros externos del sistema.
Allí, encontramos el argumento de que los errores que ocurren en los sistemas de circuito abierto interfieren con el proceso de secado y que mantener la estabilidad de estos sistemas requiere una atención regular (continua) por parte del usuario.
Esto significa que el usuario debe verificar con frecuencia el proceso y la temperatura de la prenda y tomar el control de la máquina si se desvía de las condiciones requeridas.
sistema de control de tráfico
La mayoría de los sistemas automáticos de control de tráfico son sistemas de control de circuito abierto basados en el tiempo. Esto significa que a cada señal se le asigna una franja horaria específica en la que opera independientemente del tráfico.
lavadora
Otro ejemplo de sistema de control de circuito abierto que utilizamos en la vida diaria es una lavadora. Las operaciones de remojo, lavado, aclarado y secado son temporales y no dependen de la limpieza de la ropa ni de si está seca.
bombilla
Todos sabemos que la luz se produce cuando la corriente fluye a través de una bombilla. Si hay red eléctrica disponible, puede hacerla funcionar encendiendo la bombilla. Y este proceso no depende de la temperatura de la bombilla ni de otros parámetros.
secador de manos electrico
El secador de manos funciona con electricidad y, cuando sostienes la mano frente a él, automáticamente sopla aire caliente para secarla, independientemente de qué tan seca esté.
tostadora de pan
Una tostadora de pan es otro ejemplo simple de un sistema de control de circuito abierto porque la máquina funciona según un tiempo preestablecido independientemente de si el pan ha terminado de tostarse.
Ventajas de los sistemas de control de bucle abierto
Las principales ventajas de los sistemas de control de bucle abierto se enumeran a continuación.
- Los sistemas de control de bucle abierto son muy simples y fáciles de diseñar.
- Son considerablemente menos costosos que otros tipos de sistemas de control.
- El mantenimiento de los sistemas de control de bucle abierto es muy sencillo.
- Generalmente, los sistemas de bucle abierto son estables hasta cierto punto.
- Este tipo de sistema es fácil de construir y de utilizar.
Desventajas de los sistemas de control de bucle abierto
Las desventajas de los sistemas de bucle abierto son:
- Los sistemas de control de bucle abierto tienen un ancho de banda reducido.
- Los sistemas sin retroalimentación no facilitan los procesos de automatización.
- Los sistemas de circuito abierto son intrínsecamente inexactos y poco fiables.
- Si estas salidas se ven afectadas por alguna perturbación, no hay forma de corregirlas automáticamente ya que se trata de sistemas sin retroalimentación.
conclusión
Esta fue una breve introducción a los conceptos del sistema de control, específicamente la variante del sistema de bucle abierto. ¿Qué es un sistema? ¿Qué es un sistema de control? ¿Qué es un sistema de control de bucle abierto? Ventajas y desventajas de los sistemas de bucle abierto; y ejemplos comunes de sistemas de bucle abierto que utilizamos o encontramos a diario. Aprendí.