Commented [AL1]: Hacer resumen de este tema 1. CONTROLADORES Los sistemas de control permiten controlar cualquier tipo de dispositivo que realice alguna función dentro de algún proceso, mediante señales analógicas o digitales. El objetivo de cualquier estrategia de control es mantener una variable llamada controlada, próxima a un valor deseado conocido como punto de ajuste “set-point” como puede observarse en la fig1. Los controladores detectan y corregen los errores producidos al comparar el valor de referencia o “Set point”, con el valor medido del parámetro más importante a controlar en un proceso. Se puede esquematizar como un manual de instrucciones que le indica cómo debe controlar y comunicarse con un dispositivo de control. Fig1 Esquema de sistema de control de nivel. Commented [AL2]: Este tema es para ampliación de su conocimiento, ya que en el tema anterior (Sistemas de control, Ya se trata este tema). No va incluido en el resumen 2. CONTROL EN LAZO ABIERTO • Aquellos en los que la variable de salida (variable controlada) no tiene efecto sobre la acción de control (variable de control). • Características No se compara la salida del sistema con el valor deseado de la salida del sistema (referencia). 1 Para cada entrada de referencia le corresponde una condición de operación fijada. La exactitud de la salida del sistema depende de la calibración del controlador. En presencia de perturbaciones estos sistemas de control no cumplen su función adecuadamente. El control en lazo abierto suele aparecer en dispositivos con control secuencial, en el que no hay una regulación de variables, sino que se realizan una serie de operaciones de una manera determinada. Esa secuencia de operaciones puede venir impuesta por eventos (event-driven) o por tiempo (timedriven). Se programa utilizando PLCs (controladores de lógica programable) EJEMPLOS DE SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO ABIERTO Regulación del volumen de un tanque. Los primeros son manuales pues requieren que una persona ejecute una acción que indique al sistema qué hacer. Para mantener constante el nivel del agua en el tanque es necesario que una persona accione la válvula cuando el caudal cambie. Amplificador. Un ejemplo puede ser el amplificador de sonido de un equipo de música. Cuando nosotros variamos el potenciómetro de volumen, varia la cantidad de potencia que entrega el altavoz, pero el sistema no sabe si se ha producido la variación que deseamos o no. Encendedor. Un simple elemento como el encendedor trabaja como sistema, ya que está constituido básicamente por una rueda estriada, una piedra, un envase que contiene el gas licuado, una válvula para regular la salida del mismo; ninguna de estas partes puede por sí sola conseguir el objetivo: producir fuego; pero si todas ellas funcionan adecuadamente en conjunto, es un 2 sistema de lazo abierto ya que no importa si el fuego calienta el material a calentar de manera adecuada Semáforo. Un ejemplo de sistema de lazo abierto es el semáforo. La señal de entrada es el tiempo asignado a cada luz (rojo, amarilla y verde) de cada una de las calles. El sistema cambia las luces según el tiempo indicado, sin importar que la cantidad de tránsito varíe en las calles Horno de microondas En el horno de microondas las llaves o botones de control fijan las señales de entrada, siendo la elevación de la temperatura de la comida o la cocción la salida. Si por cualquier razón la temperatura alcanzada, o el tiempo de aplicación del microondas ha sido insuficiente, y como consecuencia la comida no ha alcanzado las condiciones deseadas, esto no altera el ciclo de funcionamiento; es decir que la salida no ejerce influencia sobre la entrada. 3. SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO CERRADO • Sistema de control en lazo cerrado aquellos en los que la señal de salida del sistema (variable controlada) tiene efecto directo sobre la acción de control (variable de control). 3 Commented [AL3]: Este tema es para ampliación de su conocimiento, ya que en el tema anterior (Sistemas de control, Ya se trata este tema). No va incluido en el resumen • Definición: control retroalimentado – Operación que en presencia de perturbaciones tiende a reducir la diferencia entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia. Esta reducción se logra manipulando alguna variable de entrada del sistema, siendo la magnitud de dicha variable de entrada función de la diferencia entre la variable de referencia y la salida del sistema. • Clasificación – Manuales: controlador operador humano – Automático: controlador dispositivo • Neumático, hidráulico, eléctrico, electrónico o digital (microprocesador) EJEMPLOS DE SISTEMAS DE CONTROL EN LAZO CERRADO Control iluminación de calles. El sistema de control, a través de un transductor de realimentación, conoce en cada instante el valor de la señal de salida. De esta manera, puede intervenir si existe una desviación en la misma. Sistema de iluminación de un invernadero. A medida que la luz aumenta o disminuye se abrirá o se cerrará el techo manteniendo cte. el nivel de luz. 4 Sistema de refrigeración Un sistema de refrigeración en donde uno ingresa algún producto y el refrigerador nivela la temperatura, si ingresas algo caliente el refrigerador tendrá que producir más frio hasta conseguir la temperatura a la cual se desea tener el producto. Control de temperatura Un ejemplo sería el sistema de control de temperatura de una habitación. Midiendo la temperatura real y comparándola con la temperatura de referencia (la temperatura deseada), el termostato activa o desactiva el equipo de calefacción o de enfriamiento para asegurar que la temperatura, de la habitación se conserve en un nivel cómodo sin considerar las condiciones externas. Commented [AL4]: Hacer resumen de este tema 4. MECANISMOS DE CONTROL Los mecanismos mencionados a continuación son dentro del control a lazo cerrado más usados en la industria. Controlador PID Es un mecanismo de control que emplea retroalimentación que se usa ampliamente en sistemas de control industrial y una variedad de otras aplicaciones que requieren control continuamente modulado. Un controlador PID calcula continuamente un valor de error e(t) como la diferencia entre un punto de ajuste deseado (SP) y una variable de proceso medida (PV) y aplica una corrección basada en la acción proporcional, integral y derivada términos (denotados P, I y D, respectivamente), de ahí el nombre. 5 En términos prácticos, aplica automáticamente una corrección precisa y receptiva a una función de control. Un ejemplo cotidiano es el control de crucero en un automóvil, donde subir una colina reduciría la velocidad si solo se aplicara una potencia constante del motor. El algoritmo PID del controlador restablece la velocidad medida a la velocidad deseada con un retraso y un sobreimpulso mínimos al aumentar la potencia del motor. El primer análisis teórico y aplicación práctica fue en el campo de los sistemas de dirección automática para buques, desarrollados desde principios de los años veinte en adelante. Luego se utilizó para el control automático de procesos en la industria manufacturera, donde se implementó ampliamente en controladores neumáticos y luego electrónicos. Hoy existe un uso universal del concepto PID en aplicaciones que requieren un control automático preciso y optimizado. Control difuso La lógica difusa es un área particular de concentración en el estudio de la Inteligencia Artificial y se basa en el valor de esa información que no es definitivamente verdadera ni falsa. La información que los humanos usan en su vida cotidiana para basar decisiones intuitivas y aplicar reglas generales puede y debe aplicarse a aquellas situaciones de control que las demandan. El conocimiento adquirido puede ser un arma poderosa para combatir los efectos no deseados de la respuesta del sistema. Los controladores de lógica difusa usan un conjunto muy flexible de reglas if-while. La solución se aplica a las funciones de membresía apropiadas. La computación convencional se basa en la lógica booleana, lo que significa que todo se representa como cero o uno. En algunas situaciones, esto lleva a una simplificación excesiva y resultados inadecuados. Los controladores de lógica difusa y, por extensión, el control difuso, buscan lidiar con la complejidad creando heurísticas que se alinean más estrechamente con la percepción humana de los problemas. La lógica difusa proporciona una forma de lidiar con la imprecisión y la no linealidad en situaciones de control complejas. Las entradas se pasan a un "motor de inferencia" donde se aplican reglas humanas o basadas en la experiencia para producir una salida. 6 Renes neuronales Un controlador de red neuronal desempeña el papel de un controlador (un dispositivo que monitorea y altera las condiciones de operación de un sistema dinámico usando señales eléctricas o mecánicas en general) en un sistema de control. Las redes neuronales se usan específicamente cuando los problemas de control son de naturaleza no lineal. Antes de que una red neuronal pueda usarse como controlador, primero debe aprender el modelo de la planta. Se proponen varias arquitecturas de aprendizaje mediante las cuales se puede entrenar la red neuronal (sí, es un problema de investigación). En este método, la red se entrena fuera de línea para aprender la dinámica inversa de una planta (que necesita ser controlada) directamente. Es similar al procedimiento de entrenamiento normal para una red neuronal. Al aplicar el rango deseado de entradas a la planta, se pueden obtener sus salidas correspondientes y luego se selecciona un conjunto de patrones de entrenamiento. Una vez que la red se entrena con los datos recopilados, se puede usar para producir la entrada de control correcta en función de la salida de la planta deseada (como cualquier otro sistema de control). 7
