Sistemas de control: Definición, tipos y función

Los sistemas de control son muy útiles cuando debemos administrar una gran cantidad de información, automatizando todos estos procesos y liberándonos de este trabaja tan molesto y pesado. Si deseas conocer todo acerca de este tipo de sistemas no dejes de leer!!!

Sistemas de control

Sistema de control

Al hablar de los sistemas de control tenemos que verlo desde un área de la ingeniería y la informática. Estos son en realidad un conjunto de artefactos que consiguen lograr acciones para obtener control sobre ciertas tareas. Son capaces de administrar, dirigir o incluso ordenar el comportamiento de otros sistemas, todo con la finalidad de disminuir lo más posible las posibilidades de que ocurra algún error, obteniendo el mejor resultado en todos los casos posibles.

Los sistemas de control realizan tareas que normalmente sería hechas por personas comunes, pero utilizarlos otorga mejores resultado y nos libera de hacer estos trabajos. Además los sistemas pueden dividirse en 2 clases, una dedicada a sistemas de lazo cerrado y otras dedicadas a los sistemas de lazo abierto.

Por un lado, aquellos sistemas de control de lazo abierto no necesitan conocer datos sobre la salida y esta no afecta su desempeño. En el caso contrario, los sistemas de control cerrado si tienen la necesidad de conocer cual es la salida y sin ella no son capaces de ejercer control.

¿En la actualidad donde se encuentran estos sistemas?

Son utilizados en diferentes áreas, pero sin duda uno de los mercados que más utiliza los sistemas de control tanto cerrado como abierto son los industriales. Lo normal es usar los sistemas de control para realizar procesos de producción, como suele ser manejar alguna máquina o controlar algún equipo.

¿Que es un sistema de control?

Podemos definir un sistema de control como el conjunto de maquinaria dedicada a manejar otros sistemas. En sí los sistemas de control suelen estar compuestos por circuitos electrónicos, los cuales están cargados con programas para controlar los sistemas que le han sido encargados. La principal ventaja de estos sistemas sobre la mano de obra humano son las probabilidades de éxito, ya que estas máquinas no suelen cometer errores cuando están bien programadas.

Objetivos

El principal objetivo de un sistema de control es cumplir una tarea, específicamente para la cual fue programado. La posibilidad de conseguir dicho objetivo varía según la dificultad de la tarea, sus capacidades de control y la programación que posee. De todas formas, los sistemas de control necesitan tener estas 2 misiones a cumplir para lograr su objetivo principal:

  • Estables e incorruptibles: Primeramente deben estar programados con una fuerte estabilidad, una que impida que se corrompa o perturbe por algún error en sus archivos. Aquellos sistemas de control que son débiles normalmente ceden en el momento que se presenta una falla y no pueden cumplir la tarea asignada.
  • Eficientes: Al cambiar el trabajo de una persona por una máquina, una de las mejoras significativas es la eficiencia. Este sistema de control debe ser capaz de tener un criterio pre-programado, el cual impida que realice alguna acción brusca que pueda empeorar su trabajo. En resumidas cuentas deben saber elegir que clase de decisión es la mejor para cumplir su objetivo.

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Clasificación de los sistemas de control

Si queremos clasificar los sistemas de control debemos tener en cuenta que existen 2 clases principales, aquellos sistemas que son de lazo abierto y los de lazo cerrado. Esta separación va de la mano de la acción de control sobre la salida que nuestro sistema tenga intención de controlar.

Aunque en sí poseen el mismo objetivo y tratan de cumplir las 2 misiones anteriormente descritas, lo cierto es que utilizar un sistema de lazo cerrado puede ser muy distinto a usar uno de lazo abierto. Para que usted pueda seleccionar el mejor para su propio caso he aquí una descripción de ambos:

Sistema de control de lazo abierto

Se trata de aquellos sistemas de control en los cuales la “salida” no tiene ninguna clase de efecto sobre el sistema en sí, lo cual puede traducirse como en el hecho de no tener la necesidad de “realimentación” de la salida para que el controlador pueda funcionar.

Ejemplos de sistemas de control (abierto 1): Un ejemplo sencillo sería las lavadoras automáticas comunes, ya que estas pueden realizar los ciclos de lavado tiendo en cuenta un tiempo para mantener el control del sistema. Es considerado de lazo abierto ya que no necesita de los datos de salida, los cuales serían en este caso la limpieza de la ropa al terminar los ciclos.

Sistemas de control

Ejemplos de sistemas de control (abierto 2): Otro ejemplo serían los sistemas de control que poseen las tostadoras. Estas necesitan medir cierta cantidad de pan para funcionar, pero no necesitan saber a que punto va a ser tostado, en cambio se mide con tiempo.

Características

  • Facilidad de uso: Los sistemas de control que están basados en el lazo abierto suelen ser mucho más sencillos de manejar y con un funcionamiento más intuitivo que los de lazo cerrado.
  • No se necesitan datos de salida: Para lograr acabo sus tareas los sistemas de lazo cerra no tienen en cuenta el resultado de sus tareas, simplemente se basan en cumplir su parte de la mejor forma. En otras palabras, mientras logren asimilar los datos de entrada podrán funcionar sin importar los de salida.
  • Mayor debilidad ante perturbaciones: Los sistemas de lazo cerrado suelen ser más débiles ante cualquier clase de error, ya que estos no pueden detectar sus fallos al no medir la salida de sus tareas. Dichas perturbaciones pueden ser físicas o encontrarse en sus programación
  • Probabilidad de éxito variante: Pueden tener una probabilidad de éxito muy alta o muy baja dependiendo de la calidad en su programación. Si el sistema posee una estructura fuerte es muy probable que consiga su objetivo, caso contrario cuando esta mal programado ya que es más susceptible a las fallas.

Sistemas de control

Sistema de control de lazo cerrado

Aquellos sistemas de lazo cerrado tienen como base comparar un valor deseado con el obtenido, midiendo los datos obtenidos en la salida. Es decir que son un una clase de sistema que posee un control con “realimentación”, la cual le permite reaccionar de distintas formas dependiendo de los resultados. Fueron creados con la idea de reducir los fallos y acercarse lo más posible al mejor resultado.

Ejemplos de sistemas de control (Cerrado 1): El primer ejemplo serían los calentadores que utilizamos para regular la temperatura del agua. Estos tienen las capacidades para realizar sus tareas, pero necesitan que la salida les de cierta información antes de actuar, con la intención de acercarse al resultado más cercano al éxito. En este caso seriamos nosotros decidiendo si sale agua fría o caliente, cuando nosotros tomemos dicha decisión el sistema de control proseguirá con su tarea teniendo en cuanta lo que hayamos elegido.

Ejemplos de sistemas de control (Cerrado 2): Otro ejemplo del ámbito empresarial y un poco más complejo serían los reguladores de sensibilidad que se encuentran en un depósito. Cuando se produce el movimiento de una “boya” se termina generando menos o más obstrucción en un chorro de aire o gas. Los sensores necesitan tener en cuenta los movimientos de la boya para activar en mayor o menor medida el sistema de control sobre la válvula de paso, abriéndola más cuando se acerque a su capacidad máxima para liberar presión.

Características:

  • Complejidad: Normalmente están diseñado y programados de forma compleja, con gran cantidad de trabajo en su hardware y software. Esto se traduce como sistemas sumamente  competentes pero al mismo tiempo difíciles de utilizar por personas inexpertas o que desconozcan su funcionamiento.
  • Gran número de parámetros: Antes de ser capaces de actuar deberán cumplir ciertas condiciones, o también dependiendo de la situación y los parámetros que se cumplan se puede obtener una respuesta que se adapte.
  • Se necesitan datos de la salida: Son necesarios los datos de la salida para compararlos con los datos que son deseados desde la entrada. Si no se consiguen datos de salida el sistema se mantiene en reposo hasta conseguir una respuesta.
  • Estabilidad: Son sistemas más fuertes y estables que los de lazo abierto. El hecho de comparar datos antes de actuar le permite adaptarse de mejor manera a las perturbaciones y responder mejor a las distintas variaciones durante el cumplimiento de una tarea.

Historia de los sistemas de control

El comienzo de los sistemas de control es bastante antiguo, llegando a datarse cerca del comienzo de la civilización en sí. Las primeras veces que se llego a conocer aplicaciones basadas en un sistema de control fueron halladas en la antigua Grecia, cuando se descubrieron varios mecanismos que podían regular una plataforma que flotaba en agua. Otro descubrimiento sería el reloj de “Ktesibius”, el cual fue creado aproximadamente en el año 250 BC. El Ktesibius es considerado oficialmente como el primer sistema de control automatizado creado por el ser humano.

Viajando a una época un poco más moderna nos dirigimos a la Europa renacentista, específicamente en el siglo XV y XVI, época en la cual vivió el inventor holandés “Cornelis Drebbel”, quien fue el creador de múltiples inventos, entre ellos el primer sistema de control realimentado (sistema de lazo cerrado). Su trabajo fue una incubadora, la cual era capaz de regular hasta cierto punto la temperatura.

A pesar de este gran avance, al tratarse de una simple incubadora y no tener conocimiento acerca de lo importante que serían los sistemas de control en futuro, en aquel tiempo dicho invento no obtuvo casi nada de fama. Por otro lado, Cornelis Drebbel lograría crear otro artefacto utilizando también sistemas de control y esta vez obteniendo la atención de todos. Creó cerca del año 1620 el primer submarino funcional, el cual utilizaba un sistema mejor optimizado, pero en esencia el mismo de su incubadora, el cual necesitaba datos de salida para compararlos con los de entrada.

Época moderna

Durante el comienzo de la edad moderna también se lograron avances bastante útiles. En Francia el científico “Denis Papin” fue el encargado de crear el primer regulador de presión, un invento que continua siendo usado bastante en la actualidad. Durante su creación Papin quería estudiar el funcionamiento de las calderas y creando prototipos que mejorarán su control de vapor creo sin darse cuenta los reguladores de presión.
Por otro lado también podemos mencionar el increíble trabajo de “James Watt” un científico que logro llevar la realimentación automatizada un paso más allá al crear el primer regulador de centrifugado en el año 1769.
Rusia tampoco se quedo atrás, ya que su inventor “I. Polzunov” creo el primer sistema de control encargado de regular los niveles de aguda, utilizando un sistema mejorado del que vimos en Grecia. De igual manera, durante todo el siglo XIX prácticamente todos los sistemas de control tenían la característica de ser intuitivos y de gran facilidad de manejo, ya que hasta esa fecha no se les había dado objetivos demasiados complicados.

Del siglo XX hasta la actualidad

El crecimiento de la tecnología ayudo al desarrollo de los sistemas de control, y comenzaron a crearse sus teorías para dar validez a los sistemas y crear una rama científica dedicada a estudiarlos. El encargado de logran tal avance fue el científico “J.C Maxwell”, quien combino teorías matemáticas para relacionarlas con el control de una ecuación diferencial.

Luego de una ardua investigación, cerca del año 1868 logro mostrar sus teorías y consiguió aportar los grandes lo siguiente:

  • Concepto de estabilidad.
  • Modelos matemáticos simples.
  • Importancia de la acción integral.
  • Linealización.
  • Estabilidad como problema algebraico.
  • Criterios de estabilidad.

Para finalizar, la última aportación importante surgió en el año 1932, cuando el inventor “Nyquist” creo los sistemas telefónicos, creando un avance de los sistemas de control en un área sobre el cual no habían incursionado. Para ello utilizo un método bastante sencillo, al determinar la estabilidad con un lazo cerrado en las líneas telefónicas usando un senoidal de forma permanente.

Tipos de sistemas de control

Existen muchos tipos de sistemas de control y con el tiempo es posible que se agreguen más, pero lo cierto es que hasta ahora podemos agruparlos en 2 grandes grupos:

Hechos por el hombre

En gran parte creados a partir de sistemas eléctricos con componentes electrónicas, suelen mantenerse en un estado permanente de captura, buscando señales del sistema que se encuentra bajo un estado de control. Mientras logren recibir sus señales el funcionamiento sigue las prescripciones sin problemas, pero si detecta alguna desviación del comportamiento habitual utilizan sensores para intentar retomar la vía que tenían antes.

Un ejemplo sencillo de esta clase de sistemas de control serían los termostato, los cuales tienen la tarea de captar señales de temperatura. Cuando la temperatura que consiguen obtener aumenta demasiado o baja del rango necesario comienza un proceso de calefacción o refrigeración para recuperar el equilibro.

Entre los sistemas hechos por el hombre existen muchos más, como lo son:

Causalidad

Estos pueden ser causales o no causales, todo dependiendo de si el sistema posee alguna relación causal entra las entradas y las salida. Dicho de mejor manera, si existe una relación de los datos obtenidos al finalizar la tarea y los datos que podrán ser obtenidos en el futuro.

Por comportamiento

Dependiendo del tipo de comportamiento que posean puede obtenerse 2 tipos distintos de sistemas de control; los lineales y los no lineales. Estos son decididos por la ecuación diferencial que define al sistema.

De tiempo

Los tipos de tiempo varían de continuo a discreto, en función del tiempo que posee el sistema. Los continuos utilizan las ecuaciones diferenciales mencionadas anteriormente, ademas que su tarea es ejecutada en un tiempo infinitamente divisible. Por el contrario los sistemas de tiempo discreto solo pueden ser divididos durante períodos que posean un valor constante y bajo unas variables que sean digitales.

Variables

La variedad también puede producir diferentes sistemas de control. Primeramente podemos nombrar a los acoplados, aquellos sistemas que poseen una variable que se relacione con el de otro sistema ajeno. La segunda posibilidad son los desacoplados, en donde las variables no poseen ninguna relación con un sistema.

Evolutivos

Cuando nombramos la evolución de las variables encontramos dentro otro grupo de tipos de sistemas de control. Aquí podemos mencionar los estacionarios, sistemas que poseen variables que se mantienen constantes en el tiempo y no varían sus características. También encontramos los no estacionarios, que poseen variables que pueden variar durante el tiempo y presentar cambios.

Sistemas de control automático

Aquellos sistemas dedicados al control de forma automática gestionan procesos como si de disciplinas se tratarán. Estos utilizan técnicas de control automatizadas para realizar las tareas de manera más veloz, eficaz e independiente. Con el pasar del tiempo han crecido bastante y se han implementado principalmente en el mundo de las fabricas y las industrias.

La función principal sobre la cual son diseñados es obtener cierto valor deseado, para lo cual deben poseer cierta condición física, medir los datos de entrada y compararlos con los de salida. Debido a esto son sistemas que esta clasificados como sistemas de lazo cerrado, con la intención de disminuir las posibilidades de un error. Una ventaja muy útil de este tipo de sistema es que puede trabajar totalmente sin ayuda de mano de obra humana, ya que son capaces de realizar diversas tareas de manera independiente.

Sistemas de control eléctrico

Los sistemas de control eléctricos fueron creados a base de conexiones eléctricas, las cuales tienen como función manejar entradas de cargas eléctricas de algunas máquinas.

Según la respuesta

La respuesta del sistema también divide los tipos de sistemas de control, englobándolos en estables e inestables. Los estables por su lado pueden presentar una señal acotada en su salida, mientras que los inestables producen entradas acotadas y al menos una respuesta no acotada.

Naturales

Los sistemas de control naturales son aquellos que tienen un origen biológico y han sido creado por la naturaleza sin influencia del hombre. Un ejemplo sencillo que usted esta experimentando en este momento son los movimientos que realiza el cuerpo del ser humano, algo que es posible gracias a un complejo sistema biológico que se encuentran en todo nuestro cuerpo, desde los ojos hasta los dedos. De cierta forma el sistema de control sobre todo nuestra biología sería el cerebro, actuando como una central que manda señales a todo el cuerpo.

Conjuntos

Son una combinación entre los sistemas de control biológicos y una herramienta externa. Aquí se pueden presentar ejemplos de una persona conduciendo un coche, siendo sus cerebro, las manos y los ojos del humano el sistema de control y el vehículo la herramienta externa. Este ejemplo también puede llevarse a otros ámbitos sin la necesidad de los humanos, como algún animal que utilice un objeto inanimado para lograr alguna tarea.

Psicológicos

Estos sistemas de control continúan siendo naturales ya que no han tenido interferencia del hombre en su creación, y siempre se han encontrado ahí. El sistema de control serían los pensamientos que posee algún ser vivo y la salida serían las acciones que este tome. Por ejemplo podemos hablar sobre las conversaciones, cuando una persona comienza a comunicarse con otra su sistema de control se encarga de gestionar sus siguientes palabras, acciones o incluso sus gestos.

A diferencia del anteriormente descrito, los sistemas de control psicológicos han tenido una mayor dificultad en su estudio, ya que las mentas de las personas son muy distintas y cuesta encontrar resultados que globalicen a todas. Lo que si podemos tener por seguro es que el sistema de control en este caso es el cerebro.

Características de un sistema de control

Los sistemas de control se clasifican en diferentes clases y tipos, los cuales tienen características distintas, pero eso no significa que no tengan nada en común. Aquí presentamos las características que poseen todos los sistemas de control en general:

Control

Estos sistemas poseen un cierto nivel de prioridad sobre las demás funciones del dispositivo, siendo el que se encarga de dar las ordenes. Tienen diferentes objetivos pero todos van de la mano de poseer el control y manejarlo lo mejor posible.

Planificación

Todos los sistemas de control deben poseer un plan a seguir, los cuales son programados durante la creación del mismo. Dentro de su planificación podemos ver algunos datos como sus objetivos a cumplir y los parámetros que debe cumplir.

Miden las opciones

Ya sean sistemas de lazo cerrado o abierto, todos y cada uno de ellos tienen la capacidad de asimilar las opciones posibles y medir cual es la que proporcionar el resultado más satisfactorio.

Tener planes de respaldo

Si no han sido capaces de evitar el fallo, todos los sistemas de control poseen al menos una medida para intentar corregir el error y volver a su estado anterior. Aunque algunos sistemas pueden ser mucho mejor que otros, siempre poseen al menos un plan de respaldo incluso cuando este es ineficaz.

Tratar de evitar errores

Si bien algunos son mejores que otros en este campo, lo cierto es que todos los sistemas de control tratarán de evitar un error o una falla al realizar sus tareas.

Señales de la corriente de entrada

Podemos definirlo como un aviso que reciben todos los sistemas de control en el momento que se presenta una fuente de energía con origen externo. Todos los sistemas son capaces de percibir esta energía, pero solo los de lazo cerrado puede comprenderla y actuar de diferente forma para dar distintas respuestas.

Variable manipulable

Los sistemas de control pueden ser manipular de diferentes maneras los resultados obtenidos y presentar valores completamente distintos. Dichos valores pueden ser producidos de forma automática por el sistema (lazo cerrado) o con ayuda de algún agente externo como una persona (lazo abierto).

Ahora que has aprendido todo acerca de los sistemas de control, no puedes perderte nuestros otros artículos relacionados para seguir aprendiendo más sobre la tecnología!!!

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