¿Qué es un sistema de control de circuito cerrado?

¿Alguna vez has oído hablar del sistema de control de circuito cerrado? Es una tecnología imprescindible en numerosas aplicaciones industriales y de automatización. Si quieres conocer de qué se trata exactamente y cómo funciona, sigue leyendo este artículo. Te explicaremos de forma clara y sencilla todo lo que necesitas saber sobre este importante sistema de control. ¡No te lo pierdas!

¿Se siente abrumado por la complejidad de la tecnología y la robótica modernas? ¿Tiene curiosidad acerca de cómo funcionan las máquinas, los circuitos y los sistemas de automatización? Una comprensión profunda de los sistemas de control de circuito cerrado es fundamental para desarrollar una comprensión de la mecánica que impulsa una amplia gama de profesiones e industrias. Este tipo de sistema de control ofrece numerosas ventajas que lo han hecho invaluable en varios procesos mecánicos industriales. Hoy estamos explorando qué es un sistema de control de circuito cerrado y sus muchos beneficios. ¡Sigue leyendo para aprender más!

Contenido

¿Qué es un sistema de control de lazo cerrado?

Un sistema de control de circuito cerrado es donde la salida de cualquier acción determinada afecta y ajusta automáticamente su entrada, creando un efecto cíclico.

Este tipo de sistema de control utiliza la retroalimentación de sus salidas para ajustar sus entradas y asegurarse de que alcance el estado u objetivo deseado. El bucle de retroalimentación en un sistema de este tipo le permite autocorregirse y hacer ajustes para compensar las perturbaciones, errores o cambios en el sistema. Esto hace que los sistemas de control de bucle cerrado sean particularmente útiles en maquinaria automatizada y control de procesos. [1]

¿Qué es un sistema de control de circuito cerrado?

Tipos>

Los sistemas de control de lazo cerrado vienen en una variedad de tipos. El tipo más común es un controlador PID (Proporcional-Integral-Derivativo). Este tipo de sistema utiliza tres componentes individuales para ajustar la señal de salida como respuesta a los cambios en la señal de entrada. Los controladores proporcionales utilizan factores de ganancia para personalizar la respuesta, mientras que los controladores integrales y derivados modifican el comportamiento del sistema según la tasa de cambio de tiempo o la tasa de cambio de aceleración, respectivamente.

Otros tipos de sistemas de control de bucle cerrado incluyen controladores de lógica difusa, que puede manejar entradas de datos complejas y proporcionar salidas más precisas; controladores de retroalimentación de estado, que utilizan condiciones externas para modificar su comportamiento; sistemas de control adaptativo, que permiten la afinación dinámica; y modelar sistemas de control predictivo, que utilizan modelos predictivos para anticipar el comportamiento del sistema. Cada tipo de sistema de control de lazo cerrado tiene sus ventajas y desventajas, por lo que es importante seleccionar el correcto para una aplicación determinada.

Los sistemas de control de circuito cerrado se utilizan en muchas industrias, desde plantas de fabricación hasta dispositivos médicos. Permiten una mayor eficiencia, precisión, seguridad y confiabilidad en comparación con los sistemas de control de bucle abierto. Con una programación y mantenimiento adecuados, estos sistemas pueden brindar soluciones rentables para controlar procesos complejos o máquinas con alta precisión. Esto los convierte en herramientas esenciales en el mundo cada vez más automatizado de hoy.

Función de transferencia

Una función de transferencia es la relación matemática entre la entrada y la salida de un sistema, expresada como una relación de dos polinomios.

Utilizando sistemas de control de bucle cerrado, la función de transferencia relaciona cómo la salida de un controlador responde a su entrada. La función de transferencia se puede usar para determinar la respuesta de un sistema cuando se le da una entrada basada en las ecuaciones que lo describen.

Por ejemplo, si un sistema de control de lazo cerrado lineal tiene una ecuación de y = hacha + bz, entonces la función de transferencia para este sistema puede ser definida por: T(s) = (ax + bz)/s, donde s aparece en el denominador porque representa qué tan rápido o lento responde la salida a los cambios en las entradas. Comprender cómo funciona esta ecuación ayuda a los ingenieros a diseñar mejores sistemas de control de bucle cerrado.

¿Qué es un sistema de control de circuito cerrado?

La> Al comparar sus respectivas funciones de transferencia, los ingenieros pueden determinar qué controlador brinda la mejor respuesta a ciertas entradas, lo que les permite optimizar y mejorar su diseño.

En general, la función de transferencia es una parte importante de los sistemas de control de bucle cerrado, ya que permite a los ingenieros comprender cómo responderá el sistema cuando se enfrente a entradas particulares. La aplicación de este conocimiento puede ayudar a perfeccionar un diseño y garantizar un rendimiento óptimo. [2]

Ejemplos de sistemas de control de bucle cerrado

Desde la fabricación hasta el aprendizaje automático, innumerables industrias y propósitos dependen de los sistemas de control de circuito cerrado. Algunos ejemplos comunes incluyen:

  • Brazos robóticos en líneas de montaje, que utilizan sensores para detectar su posición y ajustarse en consecuencia.
  • Control de crucero para coches, que mantienen una velocidad constante ajustando el acelerador según sea necesario en respuesta a las condiciones cambiantes de la carretera.
  • Controladores de temperatura, que regulan la temperatura dentro de los edificios detectando cambios en la temperatura del aire y encendiendo o apagando automáticamente las unidades de calefacción o refrigeración.
  • Pilotos automáticos para aviones, que monitorean varios parámetros de vuelo, como la altitud, la velocidad y el rumbo, y hacen los ajustes necesarios.
  • ventiladores médicos, que monitorean el patrón de respiración de un paciente y ajustan el flujo de suministro de oxígeno en consecuencia.
  • Electrodomésticos con características de ahorro de energía, que detectan cuánta electricidad se consume y ajustan su configuración en consecuencia.

Estos son solo algunos ejemplos de las muchas aplicaciones de los sistemas de control de bucle cerrado en nuestra vida cotidiana. Al usar sensores y retroalimentación para ajustar sus operaciones automáticamente, estos sistemas nos brindan soluciones eficientes y confiables para controlar procesos complejos. [3]

ventajas

Los sistemas de control de lazo cerrado ofrecen varias ventajas en comparación con los sistemas de control de lazo abierto. Pueden proporcionar retroalimentación y control precisos, como resultado de poder medir los valores de salida y ajustarlos en consecuencia.

Además, los sistemas de control de lazo cerrado requieren menos atención del operador que los sistemas de lazo abierto, ya que pueden autorregularse en función de parámetros establecidos. Esto los hace muy adecuados para procesos automatizados donde la supervisión humana no es posible o necesaria. Además, el costo de implementar un sistema de circuito cerrado suele ser menor que el de un sistema de circuito abierto debido a su diseño más simple.

Finalmente, los sistemas de control de lazo cerrado son más eficientes en la gestión del consumo de energía en comparación con los bucles abiertos porque pueden apagar automáticamente la energía cuando sea apropiado.

¿Qué es un sistema de control de circuito cerrado?

Desventajas

A pesar de sus muchas ventajas, un sistema de control de circuito cerrado también presenta algunos inconvenientes. Por ejemplo, la retroalimentación del dispositivo controlado puede retrasarse o ser inexacta debido a varios factores externos. Esto podría conducir a resultados inexactos en el producto o servicio final.

Además, si el controlador no está programado correctamente, es posible que no responda a los cambios lo suficientemente rápido y cause problemas con la precisión.

Finalmente, los sistemas de control de circuito cerrado requieren componentes adicionales como sensores y actuadores que aumentan el costo y la complejidad de la implementación. En general, si bien ofrecen un control preciso sobre los procesos, deben implementarse y mantenerse cuidadosamente para que sigan siendo efectivos.

Características de un sistema de control

Un sistema de control de bucle cerrado se caracteriza por varias características clave. Primero, el sistema tiene un elemento de detección que detecta cambios en el entorno y envía señales a la unidad de control. Esta retroalimentación de información permite tiempos de respuesta más rápidos y ajustes más precisos.

En segundo lugar, el controlador usa esta entrada para determinar la mejor manera de responder y puede ajustarse en consecuencia.

Finalmente, un actuador actúa en función de los comandos del controlador. Por ejemplo, si se detecta demasiada agua en un tanque, el actuador puede abrir una válvula o bomba para reducir los niveles según sea necesario. Estos componentes juntos forman un sofisticado sistema de control de circuito cerrado que puede reaccionar rápidamente a las condiciones cambiantes y mantener los resultados deseados. [4]

Requisitos de un Buen Sistema de Control

Un sistema de control de circuito cerrado es un tipo de sistema de control de retroalimentación que ayuda a garantizar la exactitud y la precisión dentro de un proceso.

Para ser efectivo, el sistema de control necesita tener ciertas características para poder funcionar correctamente. Un buen sistema de control de lazo cerrado debe:

  1. Tener una señal de entrada precisa con un ruido o perturbación mínimos.
  2. Tener una respuesta bien definida a los cambios en la señal de entrada.
  3. Ser capaz de responder lo suficientemente rápido para mantenerse al día con los cambios en la señal de entrada.
  4. Proporcione niveles de salida constantes a pesar de las fluctuaciones en el entorno o el proceso que se está controlando.
  5. Ser ajustable para diferentes condiciones y configuraciones según sea necesario para aplicaciones o procesos particulares dentro de la misma aplicación o proceso a lo largo del tiempo.
  6. Ser capaz de mantener la exactitud y la precisión incluso cuando el entorno cambia o el proceso es variable.
  7. Tenga un diseño eficiente que use energía mínima para la operación, lo que puede reducir costos y aumentar el rendimiento.
  8. Ser lo suficientemente confiable y duradero para soportar condiciones extremas sin fallar.

Todas estas características deben tenerse en cuenta al diseñar un sistema de control de circuito cerrado para garantizar su eficacia en el control de un proceso con precisión y precisión. Con estos requisitos cumplidos, dichos sistemas pueden proporcionar resultados consistentes y al mismo tiempo ser económicos y eficientes en sus operaciones. El objetivo general de cualquier sistema de control de circuito cerrado debe ser lograr respuestas precisas con el mínimo esfuerzo y gasto. [5]

¿Qué es un sistema de control de circuito cerrado?

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Un sistema de control de circuito cerrado, también conocido como sistema de control de retroalimentación, es un tipo de sistema de control automatizado que utiliza un mecanismo de retroalimentación para monitorear la salida y ajustar su entrada en consecuencia. En otras palabras, en un sistema de circuito cerrado, la salida del proceso se monitorea y retroalimenta al sistema de control para que pueda hacer ajustes para mantener el rendimiento deseado. Esto hace posible que el sistema se autocorrija para responder a cambios en las condiciones o entradas.

Por el contrario, un sistema de control de bucle abierto no utiliza ninguna señal de retroalimentación externa. En su lugar, se basa en instrucciones y procesos predeterminados que están preprogramados en el controlador (como los controladores de movimiento). Los sistemas de lazo abierto no incorporan ningún tipo de monitoreo o ajuste basado en retroalimentación externa. Esto los hace más simples y menos costosos de implementar, pero también los hace más propensos a errores ya que no pueden reaccionar a los cambios en el entorno o las condiciones.

Los sistemas de control de lazo cerrado son más confiables y eficientes que los sistemas de lazo abierto porque pueden detectar pequeñas desviaciones de su salida deseada y ajustarse en consecuencia. A menudo se utilizan en aplicaciones industriales como robótica, sistemas HVAC, procesos de fabricación, diagnóstico médico y otros sistemas complejos. La capacidad del sistema para monitorear su propio desempeño es un factor importante para garantizar que el proceso se desarrolle sin problemas y de manera eficiente.

¿Qué es la retroalimentación?

La retroalimentación es el proceso de tomar la salida de un sistema, monitorearla y luego usar esa información para ajustar la entrada en consecuencia.

En un sistema de control de circuito cerrado, esta retroalimentación se usa para ayudar a regular el comportamiento del sistema ajustando sus parámetros de entrada para lograr los resultados deseados. Por ejemplo, si hay un sensor de temperatura en un aire acondicionado, cuando detecta que la temperatura de la habitación es demasiado alta, el aire acondicionado se encenderá y enfriará la habitación hasta que alcance una temperatura determinada. Este circuito de retroalimentación ayuda a mantener la habitación a una temperatura ideal sin tener que ajustar constantemente las cosas manualmente. Los sistemas de control de circuito cerrado se pueden encontrar en muchos artículos cotidianos, como termostatos, lavadoras e incluso automóviles. [6]

¿Qué es un sistema de control de circuito cerrado?

Preguntas más frecuentes

¿Qué se entiende por un sistema de control de lazo cerrado?

Un sistema de control de bucle cerrado es un tipo de sistema de control automático en el que se utiliza la retroalimentación de la salida a la entrada para regular el proceso.

Consta de un elemento sensor, un elemento actuador y un controlador. El elemento sensor detecta los cambios en el entorno y envía datos al controlador. El controlador compara esto con el valor deseado y luego envía instrucciones al actuador. Luego, el actuador realiza las acciones necesarias para ajustar o mantener las condiciones dentro de los parámetros deseados. La salida leída por el elemento de detección y enviada de vuelta para compararla con el valor deseado se denomina «retroalimentación», por lo que se conoce como sistema de control de circuito cerrado.

¿Cuáles son algunas aplicaciones de los sistemas de control de bucle cerrado?

Los sistemas de control de lazo cerrado tienen una amplia gama de aplicaciones. Es ampliamente utilizado en aplicaciones industriales, militares y aeroespaciales como robótica, sistemas de control de procesos, navegación y sistemas de guía. Otras aplicaciones comunes incluyen controladores de temperatura, robots y puertas automáticas. También se utilizan para mantener la velocidad correcta de los motores y mantener constante el nivel de líquido en los tanques.

¿Puede explicar la diferencia entre el sistema de control de bucle abierto y el de bucle cerrado?

Un sistema de control de lazo abierto no implica retroalimentación de salida a entrada. Eso significa que no puede detectar ningún cambio realizado en el entorno o las condiciones de salida. Por otro lado, un sistema de circuito cerrado incluye retroalimentación de salida a entrada, por lo que puede detectar cambios en el entorno o condición de un dispositivo de salida. Esto permite el ajuste de velocidad o nivel, etc., dependiendo de la aplicación requerida para mantener las condiciones deseadas.

¿Cuáles son las ventajas de los sistemas de control de lazo cerrado?

La principal ventaja de un sistema de circuito cerrado es su capacidad para ajustar o mantener automáticamente las condiciones de acuerdo con los parámetros deseados. Da un resultado más preciso y requiere menos atención por parte de los operadores en comparación con el sistema de circuito abierto. También son más confiables, pueden manejar mejor los cambios repentinos en el entorno y brindan un tiempo de respuesta más rápido que los sistemas de circuito abierto. Además, ayudan a reducir los costos de mantenimiento al eliminar la intervención manual, lo que aumenta aún más la eficiencia.

¿Hay alguna desventaja asociada con el uso de sistemas de control de bucle cerrado?

Dado que estos sistemas dependen en gran medida de los bucles de retroalimentación, pueden estar sujetos a errores si la señal de retroalimentación no se proporciona de manera correcta o adecuada. Además, pueden ser propensos a oscilaciones debido a fallas mecánicas y eléctricas que pueden provocar inestabilidad. Además, dado que estos sistemas requieren más componentes que los sistemas de circuito abierto, tienden a ser costosos y complejos. En conclusión, los sistemas de control de bucle cerrado son un medio confiable y eficiente para controlar los dispositivos de salida; sin embargo, también existen algunos inconvenientes potenciales asociados con ellos. Es importante comprender las ventajas y desventajas antes de decidir si un sistema de circuito cerrado es adecuado o no para una aplicación determinada.

¿Por qué se llama sistema de circuito cerrado?

Un sistema de control de bucle cerrado se llama así porque la señal de salida del sistema se retroalimenta a la entrada del sistema. Este ciclo de retroalimentación crea un círculo cerrado o «bucle» que garantiza que cualquier cambio en el rendimiento pueda monitorearse y ajustarse en consecuencia. El circuito de retroalimentación se ajusta constantemente para mantener el resultado deseado, incluso si las condiciones cambian. De esta forma, un sistema de control de lazo cerrado puede ajustar de forma autónoma su salida para mantener el proceso que está controlando en niveles óptimos sin necesidad de intervención humana.

¿Cuáles son las 4 partes de un sistema de circuito cerrado?

Un sistema de circuito cerrado se compone de cuatro partes distintas: sensor, controlador, actuador y planta. El sensor mide la variable de proceso de la planta y la envía de regreso al controlador. Luego, el controlador compara este valor medido con un punto de ajuste deseado o un valor objetivo y genera una señal adecuada para el actuador a fin de acercar la salida de la planta al valor deseado. El actuador realiza entonces la operación en base a esta señal. Finalmente, la retroalimentación se envía de vuelta al controlador, que luego ajusta sus parámetros en consecuencia.

¿Es el refrigerador un sistema de circuito cerrado?

Sí, el refrigerador es un tipo de sistema de circuito cerrado. Utiliza sensores de temperatura para medir la temperatura dentro del refrigerador y enviarla de regreso al controlador. Luego, el controlador compara este valor medido con un punto de ajuste deseado (la temperatura ideal) y envía una señal apropiada para que el sistema de enfriamiento tome medidas y alcance ese objetivo. A medida que se mide su salida, se envía retroalimentación al controlador, que luego ajusta sus parámetros en consecuencia para mantener las temperaturas constantes en todo momento.

Video útil: Sistemas de circuito cerrado

Conclusión

Un sistema de control de circuito cerrado es un tipo de sistema de control de retroalimentación que funciona tomando información de sensores, procesando la señal y luego produciendo una salida para activar cambios en un proceso controlado. Este proceso crea un ciclo de acción y respuesta, lo que permite que el controlador regule eficazmente el sistema con poca o ninguna intervención humana. Aunque estos sistemas pueden ser complejos, su uso se ha generalizado en muchas industrias donde se necesita una automatización precisa. A medida que la tecnología continúa mejorando, los sistemas de control de circuito cerrado se convertirán en herramientas cada vez más poderosas para administrar procesos automatizados.

Referencias

  1. https://www.techtarget.com/whatis/definition/closed-loop-control-system
  2. https://www.electronics-tutorials.ws/systems/closed-loop-system.html
  3. https://electronicscoach.com/closed-loop-control-system.html
  4. https://www.elprocus.com/que-es-un-sistema-de-control-de-bucle-cerrado-funciona-/
  5. https://byjusexamprep.com/closed-loop-control-system-i
  6. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/closed-loop-control
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