Sistema de control para niños
Un sistema de control es como un equipo de trabajo que tiene la capacidad de manejar su propio comportamiento o el de otro sistema. Su objetivo es lograr que todo funcione de una manera específica y predeterminada.
En un sistema de control, podemos identificar cuatro partes principales:
- Medición: Es la parte que recoge información, como si fueran los ojos y oídos del sistema.
- Acción: Es lo que el sistema hace, como si fueran sus manos o sus músculos.
- Control: Es el "cerebro" del sistema, que decide qué hacer con la información que recibe.
- Referencia: Es el objetivo o el valor deseado que el sistema intenta alcanzar.
Todo sistema de control mide algo y luego hace algo. El trabajo lo realiza el controlador, que usa programas y valores de referencia (llamados "Set-point"). Las referencias son como las instrucciones o metas que se le dan al sistema; son ideas que necesitan un lugar físico para guardarse. Las partes que miden, actúan y controlan son el equipo físico (Hardware), que podemos ver y tocar. Las referencias y programas son el Software, que no podemos tocar pero que hacen que el hardware funcione.
Existen dos formas principales de control: el control manual y el control automático.
- En el control manual, el controlador es una persona. Las mediciones se hacen con nuestros sentidos, las acciones son realizadas por nuestros músculos, y nuestra mente es el software que contiene las referencias o metas.
- En el control automático, el controlador es un aparato creado por el ser humano (puede ser mecánico, electrónico, químico, etc.). Las mediciones se hacen con sensores, las acciones con actuadores, y el aparato fue programado para hacer una tarea según instrucciones previas.
Hay dos tipos comunes de sistemas de control: los de lazo abierto y los de lazo cerrado. En los sistemas de lazo abierto, lo que sale del sistema no influye en cómo se controla. En cambio, en los de lazo cerrado, es necesario saber qué está saliendo para poder controlar el sistema. A los sistemas de lazo cerrado también se les llama sistemas de control con retroalimentación.
En general, los sistemas de control se usan mucho en la industria para manejar los procesos de producción y controlar equipos o máquinas.
Contenido
¿Qué deben lograr los sistemas de control?
Los sistemas de control tienen que cumplir con algunos objetivos importantes:
- Ser estables y fuertes, para que no les afecten los problemas o errores.
- Ser eficientes, lo que significa que deben funcionar bien sin hacer movimientos bruscos o extraños.
Tipos de sistemas de control: Abierto o Cerrado
Los sistemas de control se clasifican en lazo abierto o lazo cerrado, dependiendo de si la acción de control depende o no de lo que sale del sistema.
Sistema de control de lazo abierto
En este tipo de sistema, la salida no afecta al control. Esto significa que no hay una "retroalimentación" de la salida hacia el controlador para que este pueda ajustar lo que está haciendo.
- Ejemplo 1: Una lavadora que lava la ropa por un tiempo determinado, sin importar si la ropa ya está limpia o no.
- Ejemplo 2: Una tostadora que tuesta el pan por un tiempo fijo, sin verificar si el pan ya está lo suficientemente tostado.
Estos sistemas tienen las siguientes características:
- Son sencillos y fáciles de mantener.
- La salida no se compara con la entrada.
- Pueden ser afectados por cosas inesperadas.
- Su precisión depende de qué tan bien estén calibrados.
Sistema de control de lazo cerrado
En estos sistemas, la acción de control sí depende de la señal de salida. Esto significa que la salida que se quiere controlar se "retroalimenta" (se envía de vuelta) para compararla con el valor deseado. Así, se genera una "señal de error" que el controlador usa para decidir qué hacer y corregir el proceso, buscando que la salida del sistema alcance el valor deseado.
- Ejemplo 1: Un calentador de agua que usamos para bañarnos. Si el agua está muy fría, el calentador se enciende hasta que alcanza la temperatura deseada, y si está muy caliente, se apaga o reduce la llama.
- Ejemplo 2: Un sistema que mantiene el nivel de agua en un tanque. Un flotador (boya) detecta el nivel y ajusta una válvula para que entre más o menos agua, manteniendo el nivel constante.
Estos sistemas se caracterizan por:
- Ser más complejos y tener más elementos.
- La salida se compara con la entrada para controlar el sistema.
- Son más estables ante problemas o cambios internos.
¿Quién los crea? Tipos de sistemas de control
Los sistemas de control se agrupan en tres tipos básicos: los hechos por el hombre, los naturales y los mixtos.
Hechos por el hombre
Son sistemas eléctricos, electrónicos, neumáticos o mecánicos que detectan lo que está pasando en un sistema y coordinan una o varias respuestas. Si detectan que algo no está funcionando como debería, usan sensores y actuadores para que el sistema vuelva a la normalidad. Un buen ejemplo es un termostato, que mide la temperatura y, si se sale del rango establecido, enciende la calefacción o el aire acondicionado.
Naturales
Estos incluyen sistemas biológicos. Por ejemplo, en el cuerpo humano, los sentidos son las mediciones, los músculos son las acciones, y el cerebro (especialmente el lóbulo frontal) es el controlador. Piensa en cómo movemos el cuerpo para señalar algo, caminar o hablar.
El cerebro mismo es un sistema de control muy completo:
- Entrada: Los sentidos recogen información que se procesa en la parte trasera y lateral del cerebro.
- Salida: Los movimientos musculares se controlan desde la parte central del cerebro.
- Control: El lóbulo frontal es el encargado de tomar decisiones y planificar acciones.
Aquí, el cerebro es el Hardware y la mente es el software del sistema.
Mixtos
Estos sistemas combinan componentes hechos por el hombre con componentes naturales. Un ejemplo es una persona conduciendo un vehículo. El conductor es la parte natural, y el vehículo es la parte hecha por el hombre. El vehículo se convierte en una extensión de las acciones del conductor.
El destino al que quiere llegar el conductor es la referencia del sistema. Su mente calcula, procesa las señales de sus sentidos y realiza las acciones musculares necesarias para llegar a su destino.
Otro ejemplo podría ser cuando una persona tiene un objetivo y ajusta sus acciones según la respuesta que recibe. Por ejemplo, si alguien quiere lograr algo y ve que su estrategia no funciona, la cambia para acercarse a su meta.
Control predictivo por modelo
Estos sistemas de control son más avanzados porque "predicen" lo que va a pasar, en lugar de solo reaccionar. Así, pueden solucionar un problema antes de que afecte al proceso, mejorando la eficiencia. Pueden controlar cosas como:
- Señalización: Control de semáforos.
- Temperatura: Control de la calefacción en una casa.
- Nivel de líquidos: Control de bombas de agua en un edificio.
- Transporte: Control de ascensores o cintas transportadoras.
- Posición: Control del movimiento de un motor especial (servomotor).
- Potencia eléctrica: Control de la energía eléctrica que se entrega.
Partes importantes de un sistema de control
Un sistema de control tiene varias características clave:
- Control: Es la forma de elegir las entradas de un sistema para que sus estados o salidas cambien de la manera deseada. Siempre sirve para verificar que se logren los objetivos.
* Medición: Para controlar, es esencial medir y saber los resultados. * Detectar desviaciones: Una función del control es encontrar las diferencias entre lo que se planeó y lo que realmente sucede. * Establecer medidas correctivas: El propósito del control es prevenir y corregir errores. * Factores de control: Cantidad, tiempo, costo y calidad.
- Controlador: Es un dispositivo que imita la capacidad humana de controlar. Compara, calcula, ajusta y limita.
- Proceso: Es una serie de cambios graduales y continuos que llevan a un resultado. Por ejemplo, procesos químicos o biológicos.
- Señal de Entrada: Es el estímulo que se aplica a un sistema para que produzca una respuesta específica.
- Señal de Salida: Es la respuesta que se obtiene del sistema.
- Variable Manipulada: Es el elemento al que se le cambia su valor para lograr la respuesta deseada. Es decir, se ajusta la entrada del proceso.
- Variable Controlada: Es el elemento que se quiere controlar. Se puede decir que es la salida del proceso.
- Retroalimentación: Es una característica muy importante de los sistemas de lazo cerrado. Significa que la información de la salida regresa al sistema para que este pueda ajustar sus acciones. Si el sistema corrige un error, se llama retroalimentación negativa. Si apoya una decisión inicial, se llama retroalimentación positiva.
La ingeniería y los sistemas de control
La ingeniería de sistemas de control se ocupa de dos pasos fundamentales:
- El análisis: Se investigan las características de un sistema que ya existe.
- El diseño: Se eligen los componentes para crear un nuevo sistema de control que realice una tarea específica.
Métodos de diseño
Existen dos formas de diseñar:
- Diseño por análisis.
- Diseño por síntesis.
Cómo se representan los sistemas de control
Los problemas en los sistemas de control se pueden representar de tres maneras básicas:
- Con ecuaciones matemáticas (diferenciales, integrales, etc.).
- Con diagramas de bloques.
- Con gráficas de flujo.
Los diagramas de bloques y las gráficas de flujo son dibujos que ayudan a entender y corregir el sistema más rápidamente. Las ecuaciones matemáticas se usan cuando se necesitan relaciones muy detalladas del sistema. Los controladores como el Proporcional (P), Proporcional-Integral (PI) y Proporcional-Integral-Derivativo (PID) usan cálculos matemáticos para controlar circuitos y sistemas industriales, ayudando a mejorarlos.
Galería de imágenes
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El regulador centrífugo es uno de los primeros mecanismos de control proporcional
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Véase también
En inglés: Control system Facts for Kids
