Sistemas de Control y Proceso Adaptativo Sistemas de Control y Proceso Adaptativo. Diseño y métodos y estrategias de control

Sistemas en cadena abierta y cadena cerrada Los conceptos de cadena abierta o cadena cerrada están ligados a los de sistemas de control sin o con realimentación. Como se ha comentado en módulos anteriores, son claras las ventajas de los sistemas realimentados. La mayoría de los sistemas electrónicos utilizan circuitos de control en lazo cerrado. No obstante, en ocasiones resulta interesante la regulación mediante cadena abierta, de hecho, un gran número de sistemas electrónicos permiten trabajar en ambos modos.

Sistemas en cadena abierta y cadena cerrada Los sistemas en cadena abierta son aquellos en los que los parámetros de actuación sobre el sistema no dependen de la variable o variables de salida, sino exclusivamente de las variables de entrada. Este tipo de sistemas no se adapta a las condiciones exteriores o perturbaciones. La exactitud de un sistema en lazo abierto dependerá básicamente de su calibración.

Sistemas en cadena abierta y cadena cerrada Es lógico pensar entonces que este tipo de sistemas de control sea solo adecuado para algunas situaciones concretas: Cuando las condiciones de funcionamiento están bien definidas, son muy estables y las variables a controlar están poco influenciadas por factores externos. Cuando a las variables a controlar se les permite márgenes de variación importantes sobre los valores deseados o su dinámica no es muy relevante porque la regulación a realizar es muy lenta. Cuando el sistema opera en valores discretos que producen saltos en la variable de salida a regular, de modo que un control en cadena cerrada podría dar lugar a inestabilidades por un "exceso" de control. En sistemas de control todo o nada. En sistemas de bajo coste.

Sistemas en cadena abierta y cadena cerrada Un sistema en cadena abierta podría ser representado por los siguientes diagramas, en el que se aprecia que la señal de salida depende exclusivamente de la entrada y de la función de transferencia G(s) del sistema.

Sistemas en cadena abierta y cadena cerrada Sistema en cadena abierta Ventajas: Simple y estable. Coste más reducido. Más fácil de construir. Desventajas: Menos precisión o exactitud. Menos fiable. Debido a la ausencia de realimentación o conocimiento de la salida, no permite eliminar las perturbaciones propias o externas.

Sistemas en cadena abierta y cadena cerrada Un sistema en cadena cerrada es aquel en el que la salida tiene un efecto sobre la señal de control y, por tanto, la señal de error actuadora (que es la diferencia entra la señal de entrada y la de realimentación) que entra al controlador para reducir el error y llevar a la salida al valor deseado. La señal de realimentación puede ser igual a la salida o una función de sus derivadas (proporcional, integral, derivada, combinación de varias, etc.). En este tipo de sistemas los parámetros se ajustan fundamentalmente según el valor de la variable de salida a regular.

Sistemas en cadena abierta y cadena cerrada Un esquema de este tipo de control se puede observar en la siguiente figura, en la que se aprecia una función de transferencia G(s) sobre la que actúa la señal de error e(t), y una función de realimentación H(s) que es función de la salida c(t). La señal de error es la diferencia entre la señal de referencia y la señal de realimentación.

Sistemas en cadena abierta y cadena cerrada Para el caso de una realimentación unitaria, se tiene que la salida será: En el caso de realimentación unitaria el error sería: Es decir, que para reducir el error, el valor de [1+G(s)] debería ser mayor que 1 en el intervalo de s considerado.

Sistemas en cadena abierta y cadena cerrada Si se considera que H(s)≠1, la señal de salida será La señal de error en este caso es Es decir, que para reducir el error, el valor de [1+G(s)H(s)] debe ser mucho mayor que 1 en el intervalo considerado de s.

Sistemas en cadena abierta y cadena cerrada Un sistema de cadena cerrada (lazo cerrado o realimentación) proporciona un control más preciso que otro en cadena abierta (lazo abierto), sin embargo, puede resultar inestable si no está bien diseñado. Por ejemplo, si la ganancia es demasiado elevada, es posible que se produzca en el sistema una sobre corrección del error que pueda provocar una oscilación creciente de salida. Un sistema que sea inestable resulta incontrolable y, por lo tanto, totalmente inútil. Desde este punto de vista, aparece el problema de la estabilidad a la hora de diseñar este tipo de sistemas, lo que conlleva una mayor complejidad para su diseño que en los sistemas en cadena abierta.

Sistemas en cadena abierta y cadena cerrada Sistemas en cadena cerrada Ventajas: Precisión: el conocimiento de la salida, es decir, del resultado de su actuación, le permite poder corregir el error y alcanzar una precisión elevada. Permite eliminar perturbaciones internas y externas. Desventajas: Construcción y diseño más complejos. Coste mayor que en los sistemas en cadena abierta. Debido a la realimentación se pueden producir respuestas oscilatorias. Inestabilidad: dado que la salida afecta al control, en determinadas circunstancias puede aparecer inestabilidad. De hecho este puede ser el problema más importante a la hora del diseño.

Sistemas en cadena abierta y cadena cerrada • Problemas de la cadena cerrada: - Adición de sensor y transductor: posibilidad de introducir ruido, errores, etc. - Pérdida de ganancia: si un sistema en cadena abierta tiene una ganancia G(s), el mismo sistema en cadena cerrada unitaria tendrá una ganancia equivalente a [G(s)/(1+G(s))]. La ganancia se reduce por tanto en un factor [1/(1+G(s))],

Bibliografía Enlaces de interés R. Dorf, R. Bishop: Sistemas de control moderno. B. Kuo, F. Golnaraghi: Automatic Control Systems. P. Bolzern: Fundamentos de control automático. S. Martínez: Electrónica de potencia: componentes, topologías y equipos Enlaces de interés http://www.depeca.uah.es/depeca/repositorio/asignaturas/30387/Tema6.pdf http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/eControlHTML/Intro/IntroWithProblems/Intro00.html