Control de motor de bucle cerrado vs abierto

Escrito por colin campbell | Traducido por gerardo núñez noriega
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Control de motor de bucle cerrado vs abierto
Un motor es controlado por un sistema de bucle cerrado o bucle abierto por igual. (motor image by Klaus Eppele from Fotolia.com)

La teoría detrás de los sistemas de control y de cómo controlan los motores y otros dispositivos es el fundamento de todos los sistemas mecánicos modernos. Con el uso de las matemáticas y la teoría de sistemas de control, puedes diseñar sistemas que hagan casi todo lo que quieras, a la granularidad y en la cantidad de tiempo que desees. La teoría del sistema de control puede ser ampliamente dividida en dos categorías principales: control de bucle abierto y controles de bucle cerrado.

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Control de bucle abierto

El control de bucle abierto es, por mucho, el más simple de los dos tipos de teoría de control. En el control de bucle abierto, hay algún tipo de señal (digital o analógica) de entrada, que luego pasa a través de los amplificadores para producir la salida adecuada, y luego es pasada fuera del sistema. Los controles de bucle abierto no tienen retroalimentación y requieren que la entrada vuelva a cero para que la salida vuelva a cero.

Control de bucle cerrado

En un control de bucle cerrado, el sistema es autoajustable. Los datos no fluyen en una sola dirección. Pueden pasar de vuelta desde un amplificador específico (como velocidad o posición) al comienzo del sistema de control, indicándole que se autoajuste como corresponda. Muchos sistemas físicos son controles de bucle cerrado en el nivel más bajo, como los sistemas de masa-resorte-amortiguador, ya que los datos sobre la velocidad y posición actual modifican la salida, así como la posición, a un ritmo constante.

Partes generales de los sistemas de control

Los sistemas de control de bucle abierto y de bucle cerrado comparten la mayoría de sus partes constituyentes. La primera sección de un sistema de control es una entrada, la cual puede ser analógica o digital, y puede tomar cualquier forma imaginable. Algunas entradas de ejemplo son posición, velocidad, calor o intensidad de luz.

Una vez que la entrada pasa al comienzo del sistema, sufre amplificaciones de varios tipos. Los dos tipos primarios de amplificadores son funciones de transferencia y ganancias. Las funciones de transferencia modifican la entrada de alguna manera para ponerla en un formato deseado para la salida, y generalmente toman la forma de la salida (desde la función de transferencia) sobre la entrada (hacia la función de transferencia). Por otro lado, las ganancias suelen ser multiplicadores planos que incrementan o disminuyen el valor de la señal.

Los datos dejan el sistema a través de la salida, la cual es el punto final de la señal. Los sistemas suficientemente complejos pueden ser desglosados en entradas y salidas más simples, y viceversa. Por ejemplo, un sistema de control muy complejo, con diversas ganancias, funciones de transferencia y retroalimentaciones, puede ser simplificado a una sola función de transferencia, aunque puede ser más difícil comprender la fuente de cada sección matemática.

Finalmente, algunos sistemas de control tienen alteraciones, que son datos que modifican o corrompen la señal de maneras indeseadas, lo cual afecta la salida como tal. Los buenos sistemas de control buscan minimizar las alteraciones y mantener la señal de entrada original lo más pura posible.

Retroalimentación

Los sistemas de control de bucle cerrado también tienen retroalimentación. La retroalimentación son datos que son pasados de vuelta desde algún punto en el sistema de control a otro punto previo en el sistema de control.

Ejemplo de un sistema de control

El control de crucero es un buen ejemplo de un sistema de control de bucle cerrado. Con el control de crucero, hay una señal de entrada de velocidad deseada. Esta señal pasa a través de cierto número de amplificadores en la forma de funciones de transferencia y ganancias, y finalmente arrojan una señal de salida que el motor usa para modificar su potencia. Algunos ejemplos de alteraciones en este sistema son velocidad del viento, baches en el camino y factores similares. Cuando estos disminuyen o aumentan la velocidad del vehículo, se transfieren datos del final del sistema de control en forma de datos de velocidad al comienzo, donde modifica la señal de entrada para que pueda acelerar o ralentizar adecuadamente el vehículo.

Un ejemplo relacionado para los controles de bucle abierto sería un simple enlace entre el pedal del acelerador y el motor del vehículo. Cuando lo pisas, el motor propulsa el auto, y no termina hasta que retiras la señal de entrada: tu pie presionando el pedal del acelerador.

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