4.- Principios de regulación

Los sistemas de regulación se pueden clasificar en:

Sistemas de bucle o lazo abierto: son aquellos en los que la acción de control es independiente de la salida. Sistemas de bucle o lazo cerrado: son aquellos en los que la acción de control depende en cierto modo, de la salida. Sistemas de control en lazo abierto Un sistema de control en lazo o bucle abierto es aquél en el que la señal de salida no influye sobre la señal de entrada. La exactitud de estos sistemas depende de su calibración, de manera que al calibrar se establece una relación entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada. El diagrama de bloque de un sistema en lazo abierto es:

Una lavadora automática sería un claro ejemplo de sistema de control en lazo abierto. La blancura de la ropa (señal de salida) no influye en la entrada. La variable tiempo presenta una importancia fundamental: si está bien calibrada, cada proceso durará el tiempo necesario para obtener la mejor blancura.

Otro ejemplo de sistema en lazo abierto sería el alumbrado público controlado por interruptor horario. El encendido o apagado no depende de la luz presente, sino de los tiempos fijados en el interruptor horario.

Otro ejemplo sería el control de velocidad de un motor mediante variador. Al variador se le da un punto de consigna de frecuencia con un potenciómetro, pero la velocidad del motor dependerá de su carga.

Sistemas de control en lazo cerrado: Si en un sistema en lazo abierto existen perturbaciones, no se obtiene siempre la variable de salida deseada. Conviene, por tanto, utilizar un sistema en el que haya una relación entre la salida y la entrada.

Un sistema de control de lazo cerrado es aquél en el que la acción de control es, en cierto modo, dependiente de la salida. La señal de salida influye en la entrada. Para esto es necesario que la entrada sea modificada en cada instante en función de la salida. Esto se consigue por medio de lo que llamamos realimentación o retroalimentación (feedback). La realimentación es la propiedad de un sistema en lazo cerrado por la cual la salida (o cualquier otra variable del sistema que esté controlada) se compara con la entrada del sistema (o una de sus entradas), de manera que la acción de control se establezca como una función de ambas.

A veces también se le llama a la realimentación transductor de la señal de salida, ya que mide en cada instante el valor de la señal de salida y proporciona un valor proporcional a dicha señal.

Por lo tanto, podemos definir también los sistemas de control en lazo cerrado como aquellos sistemas en los que existe una realimentación de la señal de salida, de manera que ésta ejerce un efecto sobre la acción de control.

El diagrama de bloques correspondiente a un sistema de control en lazo cerrado es:

El controlador está formado por todos los elementos de control y a la planta también se le llama proceso.

En este esquema se observa cómo la salida es realimentada hacia la entrada. Ambas se comparan, y la diferencia que existe entre la entrada, que es la señal de referencia o consigna (señal de mando), y el valor de la salida (señal realimentada) se conoce como error o señal de error. La señal que entrega el controlador se llama señal de control o manipulada y la entregada por la salida, señal controlada.

El error, o diferencia entre los valores de la entrada y de la salida, actúa sobre los elementos de control en el sentido de reducirse a cero y llevar la salida a su valor correcto. Se intenta que el sistema siga siempre a la señal de consigna. El diagrama de bloques anterior se puede sustituir por el siguiente:

Es importante retener los siguientes términos:

Set Point (SP) es la consigna o valor de la salida que queremos conseguir.

Variable del proceso (PV) es el valor que tiene el sistema en cada momento ("process value").  Un ejemplo de variable de proceso es la temperatura, la cual mide el instrumento controlador mediante un termopar o una Pt 100.

Ejemplos adicionales de PV pueden ser velocidad, presión, humedad, etc cada una de las cuales se mide con el sensor apropiado.

Error(E): es la diferencia entre las anteriores E = (SP-PV)

Por ejemplo, en un horno la temperatura actual es 155 °C y el controlador está programado para 200°C, entonces PV=155 y SP=200. El error será 45ºC.

Variable manipulada (LMN): Es una variable de salida del regulador que actuará sobre el control. Toma valores entre 0 y 100.