Qué es un sistema de control de bucle cerrado y su funcionamiento

El número de elementos que se combinan para formar un sistema que genere la salida deseada se conoce como sistema de control. La salida de cualquier sistema puede ser controlada por el sistema de control porque cada elemento de este sistema tiene un efecto sobre la salida. A veces, un sistema de control utiliza un bucle de realimentación para conseguir la estabilidad y consistencia de un sistema para generar la salida deseada. Aquí, un bucle de retroalimentación es un elemento de la señal de salida. El concepto de retroalimentación es muy esencial en cualquier sistema de control para conseguir la estabilidad de la salida. Los sistemas de control se clasifican en dos tipos en función de la conexión de la retroalimentación, a saber, sistema de control de bucle cerrado y sistema de control de bucle abierto

¿Qué es un sistema de control de bucle cerrado?

Definición: Un sistema de control de bucle cerrado puede definirse como, un sistema que tiene un bucle de retroalimentación (o) un sistema de control que utiliza una señal de retroalimentación para generar la salida. La estabilidad de este sistema puede controlarse mediante un sistema de retroalimentación. Por tanto, proporcionando un sistema de retroalimentación, cualquier sistema de control de bucle abierto puede convertirse en un bucle cerrado.

La salida deseada puede alcanzarse y mantenerse evaluando la condición real y la salida generada. Si la salida generada se aleja de la salida real, este sistema de control produce una señal de error que se introduce en el i/p de la señal. Una vez que la señal de error se añade a la señal de entrada, entonces se puede corregir la siguiente salida del bucle, lo que se conoce como sistemas de control automático.

Diagrama de bloques

El diagrama de bloques del sistema de bucle cerrado se muestra a continuación. Los elementos básicos del sistema de control en bucle cerrado incluyen el detector de errores, el controlador, los elementos de retroalimentación y la central eléctrica.

Cuando el sistema de control incluye un bucle de realimentación, los sistemas se conocen como sistemas de control de realimentación. Así, la salida puede controlarse con precisión mediante la retroalimentación de la entrada. Este tipo de sistema de control puede incluir más de una realimentación.

En el diagrama anterior, el detector de errores genera una señal de error, por lo que ésta es la variación de la entrada y la señal de retroalimentación. Esta señal de retroalimentación puede obtenerse a partir de los elementos de retroalimentación del sistema de control, considerando la salida del sistema como una entrada. Como alternativa a la entrada, esta señal de error puede darse como entrada de un controlador.

En consecuencia, el controlador genera una señal de actuación para controlar la planta. En esta disposición, la salida del sistema de control puede corregirse automáticamente para obtener la salida preferida. Por ello, estos sistemas también se denominan sistemas de control automático. El mejor ejemplo de un sistema de control en bucle cerrado es un sistema de control de semáforos que incluye un sensor en la entrada.

Tipos de sistemas de control de bucle cerrado

Los sistemas de control en bucle cerrado se clasifican en dos tipos según la naturaleza de la señal de retroalimentación, como la señal de retroalimentación positiva y la señal de retroalimentación negativa.

Señal de retroalimentación positiva

El sistema de bucle cerrado que incluye una señal de retroalimentación positiva que puede conectarse a la entrada del sistema se conoce como sistema de retroalimentación positiva. Este sistema también se denomina retroalimentación regenerativa. El mejor ejemplo de esta retroalimentación positiva en los circuitos electrónicos es un amplificador operacional. Porque este bucle se puede conseguir conectando una parte de la tensión de salida a la entrada del terminal no inversor a través de un bucle de realimentación mediante una resistencia.

Señal de retroalimentación negativa

El sistema de bucle cerrado que incluye una señal de retroalimentación negativa que puede conectarse a la entrada del sistema se denomina sistema de retroalimentación negativa. Este tipo de sistema también se denomina retroalimentación degenerativa. Este tipo de sistemas son muy estables y también mejoran la resistencia.

Estos sistemas se utilizan para controlar las máquinas electrónicas como los generadores de corriente, los generadores de tensión, y también para controlar la velocidad de la maquinaria. Los sistemas de control en bucle cerrado se utilizan para los requisitos indicados a continuación.

Función de transferencia

El comportamiento del sistema puede indicarse mediante su función de transferencia. Se puede definir como la relación matemática de la entrada y la salida del sistema de control. El sistema de control puede calcularse a través de la relación entre o/p y i/p. Por tanto, la salida del sistema de control es el producto de la entrada y la función de transferencia.

El ejemplo de sistema de control en bucle cerrado se muestra a continuación.

Para el sistema anterior,

C(S) = E(S) * G(S)

E(S) = R(S) - H(S) * C(S)

Sustituyendo este valor de E(S) en C(S), podemos obtener

C(S) = [R(S) – H(S) * C(S)]* G(S)

C(S) = R(S) G(S) - H(S) * C(S) * G(S)

A partir de la ecuación anterior

R(S) G(S) = C(S) + H(S) * C(S) * G(S)

R(S) G(S) = C(S) [1 + H(S) * G(S)]

C(S)/ R(S) = G(S)/ [1 + H(S) * G(S)]

Ésta es la función de transferencia de este sistema con retroalimentación negativa. Del mismo modo, para la retroalimentación positiva, la ecuación de la función de transferencia puede escribirse como

C(S)/ R(S) = G(S)/ [1 – H(S) * G(S)]

Ejemplos de sistemas de control de bucle cerrado

Hay diferentes tipos de dispositivos electrónicos que utilizan un sistema de control en bucle cerrado. Así, el aplicaciones de los sistemas de control en bucle cerrado incluyen las siguientes.

• En el servoestabilizador de tensión, la estabilización de la tensión puede conseguirse dando retroalimentación de la tensión de salida al sistema
• En el controlador de nivel de agua, el nivel de agua puede decidirse por el agua de entrada
• La temperatura del aire acondicionado puede ajustarse en función de la temperatura de la habitación.
• La velocidad del motor puede controlarse mediante un tacómetro o un sensor de corriente, donde el sensor detecta la velocidad del motor y envía información al sistema de control para cambiar su velocidad.
• Algunos ejemplos más de estos sistemas son el calentador del termostato, el sistema solar. el lanzador de misiles, el motor del automóvil, la tostadora automática, el sistema de control del agua mediante una turbina.
• La plancha eléctrica automática puede ser controlada automáticamente por la temperatura del elemento calefactor en la plancha.

Ventajas

El ventajas del sistema de control en bucle cerrado incluyen las siguientes.

• Estos sistemas son muy precisos y menos propensos a errores.
• Los errores se pueden corregir mediante la señal de retroalimentación
• Gran ancho de banda
• Admite la automatización
• Alto margen de ruido
• No pueden afectar por medio del ruido.

Desventajas

El desventajas del sistema de control en bucle cerrado incluyen las siguientes.

• El diseño de este sistema es complicado
• Son muy complejos
• Caro
• Se necesita un gran mantenimiento
• El sistema de control oscila a veces debido a las señales de retroalimentación.
• Se requieren más esfuerzos, así como tiempo, al diseñar el sistema.

Por tanto, se trata de una visión general de un sistema de control en bucle cerrado incluyendo el diagrama de bloques, los tipos, la función de transferencia, las ventajas, los inconvenientes y sus aplicaciones La ecuación característica del sistema de control en bucle cerrado no es más que la puesta a cero del denominador de la función de transferencia. He aquí una pregunta para ti, ¿qué es el sistema de control de lazo abierto?