en el tutorial anterior sobre sistemas electrónicos, vimos que un sistema se puede definir como una colección de subsistemas que dirigen o controlan una señal de entrada para producir la condición de salida deseada.
la función de cualquier sistema electrónico es regular automáticamente la salida y mantenerla dentro del valor de entrada deseado del sistema o»punto de ajuste». Si la entrada del sistema cambia por cualquier razón, la salida del sistema debe responder en consecuencia y cambiar para reflejar el nuevo valor de entrada.,
del mismo modo, si sucede algo que perturba la salida del sistema sin ningún cambio en el valor de entrada, la salida debe responder volviendo a su valor establecido anterior. En el pasado, los sistemas de control eléctrico eran básicamente manuales o lo que se llama un sistema de bucle abierto con muy pocas funciones de control automático o retroalimentación incorporadas para regular la variable de proceso a fin de mantener el nivel o valor de salida deseado.
por ejemplo, una secadora de ropa eléctrica., Dependiendo de la cantidad de ropa o de lo húmeda que esté, un usuario u operador configuraría un temporizador (controlador) para decir 30 minutos y al final de los 30 minutos, la secadora se detendrá y apagará automáticamente incluso si la ropa aún está húmeda o mojada.
en este caso, la acción de control Es que el operador manual evalúe la humedad de la ropa y ajuste el proceso (el secador) en consecuencia.
en este ejemplo, la secadora de ropa sería un sistema de bucle abierto, ya que no supervisa ni mide la condición de la señal de salida, que es la sequedad de la ropa., Entonces la precisión del proceso de secado, o el éxito de secar la ropa dependerá de la experiencia del usuario (operador).
sin embargo, el usuario puede ajustar o afinar el proceso de secado del sistema en cualquier momento aumentando o disminuyendo el tiempo de secado de los controladores de tiempo, si cree que el proceso de secado original no se cumplirá. Por ejemplo, aumentar el controlador de tiempo a 40 minutos para extender el proceso de secado. Considere el siguiente diagrama de bloques de bucle abierto.,
sistema de secado de bucle abierto
entonces un sistema de bucle abierto, también conocido como sistema de no retroalimentación, es un tipo de sistema de control continuo en el que la salida no tiene influencia o efecto sobre la acción de control de la señal de entrada. En otras palabras, en un sistema de control de bucle abierto, la salida no se mide ni se» retroalimenta » para compararla con la entrada. Por lo tanto, se espera que un sistema de bucle abierto siga fielmente su comando de entrada o punto de ajuste independientemente del resultado final.,
además, un sistema de bucle abierto no tiene conocimiento de la condición de salida, por lo que no puede autocorregir ningún error que pueda cometer cuando el valor preestablecido se desvía, incluso si esto resulta en grandes desviaciones del valor preestablecido.
otra desventaja de los sistemas de bucle abierto es que están mal equipados para manejar perturbaciones o cambios en las condiciones que pueden reducir su capacidad para completar la tarea deseada. Por ejemplo, la puerta de la secadora se abre y se pierde el calor., El controlador de tiempo continúa independientemente durante los 30 minutos completos, pero la ropa no se calienta ni se seca al final del proceso de secado. Esto se debe a que no hay información retroalimentada para mantener una temperatura constante.
entonces podemos ver que los errores del sistema de bucle abierto pueden perturbar el proceso de secado y, por lo tanto, requieren una atención de supervisión adicional de un usuario (operador)., El problema con este enfoque de control anticipado es que el usuario tendría que mirar la temperatura del proceso con frecuencia y tomar cualquier acción de control correctivo siempre que el proceso de secado se desviara de su valor deseado de secado de la ropa., Este tipo de control manual de bucle abierto que reacciona antes de que ocurra un error se denomina control de avance
el objetivo del control de avance de avance, también conocido como control predictivo, es medir o predecir cualquier posible perturbación de bucle abierto y compensarlas manualmente antes de que la variable controlada se desvíe demasiado del punto de ajuste original. Por lo tanto, para nuestro simple ejemplo anterior, si la puerta de los secadores estaba abierta, se detectaría y cerraría permitiendo que el proceso de secado continuara.,
Si se aplica correctamente, la desviación de la ropa mojada a la ropa seca al final de los 30 minutos sería mínima si el usuario respondiera a la situación de error (puerta abierta) muy rápidamente. Sin embargo, este enfoque de avance puede no ser completamente preciso si el sistema cambia, por ejemplo, la caída en la temperatura de secado no se notó durante el proceso de 30 minutos.
entonces podemos definir las principales características de un «sistema de bucle abierto» como:
- no hay comparación entre los valores reales y deseados.,
- Un sistema de bucle abierto no tiene autorregulación o acción de control sobre el valor de salida.
- Cada ajuste de entrada determina una posición de funcionamiento fija para el controlador.
- Los cambios o perturbaciones en condiciones externas no dan lugar a un cambio directo de salida (a menos que la configuración del controlador se altere manualmente).
cualquier sistema de bucle abierto puede representarse como varios bloques en cascada en serie o un diagrama de bloque único con una entrada y una salida., El diagrama de bloques de un sistema de bucle abierto muestra que la ruta de la señal de entrada a salida representa una ruta lineal sin bucle de retroalimentación y para cualquier tipo de sistema de control, la entrada recibe la designación θi y la salida θo.
generalmente, no tenemos que manipular el diagrama de bloques de bucle abierto para calcular su función de transferencia real. Podemos simplemente escribir las relaciones o ecuaciones adecuadas de cada diagrama de bloques, y luego calcular la función de transferencia final de estas ecuaciones como se muestra.,3>
por lo tanto, la función de transferencia de cada bloque es:
la función de Transferencia general se da como:
entonces la ganancia de bucle abierto se da simplemente como:
cuando g representa la función de transferencia del sistema o subsistema, se puede reescribir como: G(S) = ΘO(s) / θi(s)
los sistemas de control de bucle abierto se utilizan a menudo con procesos que requieren la secuenciación de eventos con la ayuda de señales «on-off»., Por ejemplo, una lavadora que requiere que el agua se encienda «ON» y luego cuando está lleno se desconecte, seguido de que el elemento del calentador se encienda «ON» para calentar el agua y luego a una temperatura adecuada se desconecte, y así sucesivamente.
este tipo de control de bucle abierto» ON-OFF » es adecuado para sistemas donde los cambios en la carga ocurren lentamente y el proceso es de acción muy lenta, lo que requiere cambios poco frecuentes en la acción de control por parte de un operador.,
resumen de sistemas de control de bucle abierto
hemos visto que un controlador puede manipular sus entradas para obtener el efecto deseado en la salida de un sistema. Un tipo de sistema de control en el que la salida no tiene influencia o efecto sobre la acción de control de la señal de entrada se llama un sistema de bucle abierto.
un » sistema de bucle abierto «se define por el hecho de que la señal o condición de salida no se mide ni se» retroalimenta » para la comparación con la señal de entrada o el punto de ajuste del sistema. Por lo tanto, los sistemas de bucle abierto se conocen comúnmente como «sistemas sin retroalimentación».,
además, como un sistema de bucle abierto no usa retroalimentación para determinar si se logró su salida requerida, «asume» que el objetivo deseado de la entrada fue exitoso porque no puede corregir ningún error que pueda cometer, y por lo tanto no puede compensar ninguna perturbación externa al sistema.
control de Motor de bucle abierto
por ejemplo, asuma el controlador de motor de CC como se muestra. La velocidad de rotación del motor dependerá de la tensión suministrada al amplificador (el controlador) por el potenciómetro., El valor de la tensión de entrada podría ser proporcional a la posición del potenciómetro.
Si el potenciómetro se mueve a la parte superior de la resistencia, el voltaje positivo máximo se suministrará al amplificador que representa la velocidad completa. Del mismo modo, si el limpiaparabrisas del potenciómetro se mueve a la parte inferior de la resistencia, se suministrará voltaje cero que representa una velocidad muy lenta o parada.,
entonces la posición del deslizador de potenciómetros representa la entrada, θi que es amplificada por el amplificador (controlador) para conducir el motor de CC (proceso) a una velocidad establecida n que representa la salida, θo del sistema. El motor continuará girando a una velocidad fija determinada por la posición del potenciómetro.
como la ruta de señal desde la entrada a la salida es una ruta directa que no forma parte de ningún bucle, la ganancia general del sistema será los valores en cascada de las ganancias individuales del potenciómetro, amplificador, motor y carga., Es claramente deseable que la velocidad de salida del motor sea idéntica a la posición del potenciómetro, dando la ganancia general del sistema como unidad.
sin embargo, las ganancias individuales del potenciómetro, el amplificador y el motor pueden variar con el tiempo con los cambios en la tensión de alimentación o la temperatura, o la carga del motor puede aumentar representando perturbaciones externas al sistema de control del motor de bucle abierto.,
pero el usuario eventualmente se dará cuenta del cambio en el rendimiento del sistema (Cambio en la velocidad del motor) y puede corregirlo aumentando o disminuyendo la señal de entrada de potenciómetros en consecuencia para mantener la velocidad original o deseada.
las ventajas de este tipo de» control de motor de bucle abierto » es que es potencialmente barato y simple de implementar, lo que lo hace ideal para su uso en sistemas bien definidos donde la relación entre entrada y salida es directa y no está influenciada por ninguna perturbación externa., Desafortunadamente, este tipo de sistema de bucle abierto es inadecuado, ya que las variaciones o perturbaciones en el sistema afectan la velocidad del motor. Entonces se requiere otra forma de control.
en el siguiente tutorial sobre sistemas electrónicos, veremos el efecto de devolver parte de la señal de salida a la entrada para que el control del sistema se base en la diferencia entre los valores reales y deseados. Este tipo de sistema de control electrónico se llama control de circuito cerrado.,
