Sistemas Automáticos: Funcionamiento, Componentes y Estabilidad
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Sistemas Automáticos
Un sistema automático es un conjunto de componentes físicos interconectados que regulan o dirigen su actuación de manera autónoma, con la capacidad de corregir errores en su funcionamiento.
Elementos Clave de un Sistema Automático
- Entrada: Excitación aplicada al sistema de control desde una fuente de energía externa para generar una respuesta.
- Salida: Respuesta del sistema de control.
- Perturbación: Señales no deseadas que afectan negativamente el funcionamiento del sistema.
Lazo Abierto vs. Lazo Cerrado
Lazo Abierto
En estos sistemas, la señal de salida no influye en la señal de entrada. Un ejemplo es una lavadora automática.
El transductor modifica la señal de entrada al sistema de control, y el actuador modifica la entrada al sistema, guiado por la salida del transductor.
Lazo Cerrado
En estos sistemas, la acción de control depende de la salida. Un ejemplo es un frigorífico.
La realimentación es crucial: la salida se compara con la entrada, y la acción de control se establece en función de ambas. La diferencia entre la entrada y la salida se conoce como error, que actúa sobre los elementos de control para llevar la salida a su valor correcto. Estos sistemas son menos sensibles a las perturbaciones.
Función de Transferencia
La función de transferencia, denotada como G(s), es el cociente entre las transformadas de Laplace de las señales de entrada y salida.
Estabilidad de un Sistema
Un sistema es estable cuando sus polos se encuentran en la parte negativa del plano de Laplace.
Un sistema estable permanece en reposo a menos que sea excitado por una fuente externa, y vuelve a ser estable al desaparecer dicha fuente.
Transductor vs. Captador
Aunque son el mismo elemento, tienen funciones distintas. El transductor modifica la señal de entrada al sistema de control, mientras que el captador realimenta la salida para compararla con la señal de referencia.
Componentes de un Sistema de Control
Regulador
Elemento fundamental que determina el comportamiento del bucle y condiciona la acción del actuador según el error. La forma en que el regulador genera la señal se llama acción de control, que puede ser proporcional, integral o diferencial.
Transductor
Transforma una señal de entrada en una de salida.
Comparador
Calcula la diferencia entre la señal de salida deseada y la obtenida.
Accionador
Elemento final del proceso que actúa según la señal recibida del regulador.