Una de las preguntas más comúnmente hace un novato en sistemas de control es: ¿Qué es un sistema de control? Para responder a esta pregunta, se puede decir que en nuestra vida diaria existen numerosos objetivos que necesitan cumplirse. Por ejemplo, ámbito doméstico, se requiere regular la temperatura y humedad de las casas y edificios para tener un ambiente cómodo. Para transportación, se requiere controlar que un automóvil o aeroplano se muevan de un lugar a otro en una forma segura y exacta. En la industria, los procesos de manufactura tienen un sinnúmero de objetos para productos que gran cantidad de tareas, incluyendo tomar decisiones. Algunas de estas tareas tales como coger objetos y caminar de un punto a otro se realiza en una forma rutinaria bajo ciertas condiciones, algunas de estas tareas se realizan de la mejor forma posible. Por ejemplo, un atleta que corre una distancia de cien metros tiene el objetivo de correr dicha distancia en el menor tiempo posible. Por otro lado, un corredor de maratón no solo debe correr la distancia lo más rápido posible sino también debe controlar el consumo de energía y desarrollar la mejor estrategia para la carrera. La búsqueda para alcanzar tales " objetivos " requiere normalmente utilizar un sistema de control que se implante ciertas estrategias de control.
En años resientes, los sistemas de control han asumido un papel más importante en el desarrollo y avance de la civilización y la tecnología. Prácticamente cada aspecto de las actividades de nuestra vida diaria esta afectado por algún tipo de sistema de control. Los sistemas de control se encuentran en gran cantidad en todos los sectores de la industria, tales como control de calidad de los productos manufacturados, líneas de ensamble automático, control de máquinas –herramientas, tecnología especial en sistemas de armas, con control por computadora, sistema de transporte, sistemas de potencia, robótica y muchos otros. Aun el control de inventarios y los sistemas económicos y sociales pueden visualizar a través de la teoría de control automático.
Como un ejemplo simple del sistema de control mostrado en la Fig. 1-1, se considera el sistema de control de la dirección de un automóvil. La dirección de las ruedas delanteras se puede visualizar como la variable controlada, o la salida, y; la dirección del volante es la señal actuante, o entrada u. El sistema de control o proceso en este caso, está compuesto del mecanismo de la dirección y de la dinámica del automóvil completo. Sin embargo, si el objetivo es controlar la velocidad del automóvil, entonces la presión ejercida sobre el acelerador sería la señal actuante, y la velocidad del automóvil sería la variable controlada. El sistema de control total simplificado de un automóvil se puede ver como con dos entradas (volante y acelerador) y dos salidas (dirección y velocidad). En este caso las dos entradas y las dos salidas son independientes, pero en general, hay sistemas en que los controladores están acoplados. Los sistemas con más de una entrada y más de una salida son llamados sistemas multivariables.
Control de la velocidad en ralentí de un automóvil.
Como otro ejemplo de un sistema de control, se considera
el control de la velocidad en ralentí de un automóvil, el
objetivo de tal sistema de control es mantener la velocidad en ralentí
de motor en un valor relativamente bajo (para economía de combustible)
sin importar las cargas aplicadas al motor (transmisión, aire acondicionado,
etc.) Sin el control de la velocidad en ralentí, cualquier cambio
súbito en la aplicación de la carga del motor causa una caída
en la velocidad del motor que puede provocar que un motor se detenga. Por
tanto, los objetivos principales del control de velocidad en ralentí
son 1) eliminar o minimizar las caídas de velocidad cuando se aplica
carga al motor, y 2) mantener la velocidad en ralentí del motor
en un valor deseado. La Fig. 1-2 muestra el sistema de control de la velocidad
en ralentí desde el punto de vista de las entradas y salidas del
sistema. En este caso, el ángulo del acelerador
y
el par de carga TL (debido
ala aplicación del aire acondicionado, dirección hidráulica,
transmisión, frenos de potencia, etc.), son las entradas, y la velocidad
del motor
es la salida.
El motor es el proceso controlado del sistema.
Sistema de control de una rueda de impresión (margarita)
La Fig. 1-3 muestra un ejemplo del sistema de control de una rueda de impresión de un procesador de textos e maquina de escribir electrónica. La margarita, que típicamente tiene 96 o 100 caracteres deseado para colocarlo frente al martillo para la impresión por impacto. La selección del carácter se realiza en la forma usual mediante el teclado. Cada vez que alguna tecla se presiona, un microprocesador de control calcula la dirección y la distancia a recorrer y envía la señal lógica de control al amplificador de potencia que a su vez maneja la margarita de una posición a otra lo suficientemente rápido y con una alta calidad de impresión, lo cual significa que la posición de la margarita debe ser controlada con exactitud. La Fig. 1-4 muestra un conjunto típico de entradas u salidas para este sistema. Cuando se proporciona la entrada de referencia, la señal se representa como un escalón. Como las bobinas eléctricas del motor tienen inductancia y las cargas mecánicas tienen inercia, la margarita no puede responder a la entrada en forma instantánea. Típicamente, la margarita sigue la respuesta que se muestra, y se establece en la nueva posición después de un tiempo t1 a t2 está reservado para la impresión, de tal forma que el sistema esté listo para recibir un nuevo comando después del tiempo t2.
Maquina de coser industrial.