Sistemas de control - Simulación de sistemas de control Definición de sistema de control, importancia, elementos fundamentales, tipos, aplicaciones en las industrias

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UNIVERSIDAD NORORIENTAL PRIVADA GRAN MARISCAL DE AYACUCHO 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
ESCUELA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS 
NÚCLEO BARCELONA 
 
 
 
 
UNIDAD I ACTIVIDAD 1 
 
 
Docente: Realizado por: 
Ing. Vicenzo Mascia Ismael Párica, V- 27.652.264 
 
 
 
Septiembre de 2021 
ÍNDICE 
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 3 
CONTENIDO .................................................................................................................... 4 
¿Qué es un sistema de control? ...................................................................................... 4 
Importancia de los sistemas de control .......................................................................... 5 
Elementos o componentes fundamentales de los sistemas de control ........................... 6 
Tipos de sistemas de control .......................................................................................... 8 
Sistema de control de lazo abierto ............................................................................. 8 
Sistema de control de lazo cerrado ............................................................................ 9 
Aplicaciones en las industrias ...................................................................................... 11 
Control de la dirección de un automóvil .................................................................. 11 
Máquina de coser industrial ..................................................................................... 11 
Control del seguimiento del Sol de colectores solares ............................................ 12 
Control de la velocidad en ralentí de un automóvil ................................................. 12 
CONCLUSIÓN ................................................................................................................ 14 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 15 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 Existen miles de dispositivos creados por el ser humano para cumplir con tareas 
específicas, consecuencia del avance del intelecto humano que ha tomado lugar en los 
últimos cinco siglos. Idealmente, cada uno debe cumplir sus funciones de la misma manera 
sin importa las circunstancias que los rodean. ¿Pero cómo puede uno cerciorarse de que 
esto ocurra? Pues, de la misma manera que se crearon los dispositivos previos, el ser 
humano creó nuevos dispositivos, con un objetivo único, “supervisar y controlar el 
comportamiento de otros dispositivos”. A estos los llamados dispositivos de control, o 
simplemente sistemas de control. 
Supervisar un sistema implica tener conocimiento de las actividades que va a realizar, 
así como de lo que debe y no debe hacer. Por ende, los sistemas de control necesitan poseer 
capacidades de análisis que les permitan identificar irregularidades dentro del sistema, así 
como un medio que les facilite intervenir para reducir o eliminar dichas perturbaciones. 
Como resultado, los sistemas de control se convirtieron en su propio campo de 
investigación, aplicando conceptos matemáticos, estadísticos, físicos y de numerosos 
campos para volverlos más eficaces. 
 
 
 
 
CONTENIDO 
¿Qué es un sistema de control? 
En la vida diaria existen numerosos objetivos que necesitan cumplirse. En el 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 un 
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 objetivos para productos que van a 
satisfacer requerimientos de precisión y costo. 
Un ser humano es capaz de realizar una gran cantidad de tareas, incluyendo tomar 
decisiones. Algunas de esas tareas tales como agarrar objetos y caminar de un punto a otro 
se realizan de 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 100 metros tiene el objetivo de correr 
dicha distancia en el menor tiempo posible. Por otro lado, un corredor de maratón no sólo 
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 estos 
objetivos requiere normalmente utilizar un sistema de control que implante ciertas políticas 
o estrategias de comportamiento. 
 
Con esto, puede definirse un sistema de control como: 
“un conjunto de componentes que regulan la actividad de otro sistema mediante el análisis 
y cálculo, para asegurarse de que el comportamiento resultante cumpla con estándares 
previamente establecidos.”. 
 
Importancia de los sistemas de control 
 Desde el inicio de la revolución industrial el hombre ha tratado de hacer sus procesos 
más eficientes. Hoy en día la economía global obliga a las industrias, cada vez más, a 
producir más con mejor calidad y con menos recursos. La automatización de procesos es un 
campo considerado como fundamental en la estrategia competitiva de un negocio y se sabe 
con certeza que puede apoyar sustancialmente a las organizaciones a conservar una 
posición competitiva en el mercado global, así como desarrollar ventajas sobre otras 
empresas. 
 En la actualidad es difícil encontrar un sistema que no contenga algún tipo de sistema de 
control. Se tiene, por ejemplo, el automóvil moderno, el cual dispone de entre 200 y 3000 
sensores (dependiendo de la marca y el tipo de vehículo). Estos vehículos permiten una 
conducción más segura y cómoda al proporcionar herramientas integradas como ABS, 
asistencia de frenado, seguimiento de rutas, corrección de errores humanos, entre otros. 
Dichos avances son posibles gracias a la aplicación de leyes cada vez más precisas del 
control del comportamiento global del vehículo. 
 A su vez, los sistemas de control aparecen en aplicaciones críticas de producción y 
transmisión de energía. En el caso de una planta nuclear, existen sistemas de control tanto 
para la temperatura del núcleo del reactor como para la regulación de agua que actúa como 
enfriador. Incluye, también, sistemas que regulan la expulsión de vapor de agua de los 
calderos y detección de fallas. 
 Los sistemas de control se han asentado como herramientas imprescindibles para todos 
los sistemas y dispositivos utilizados por los humanos diariamente, incluyendo; lavadoras, 
máquinas de coser, caminadoras, vehículos terrestres, acuáticos, aéreos y espaciales, 
microondas, dispositivos de enfriamiento, de transmisión, conversión, amortiguamiento, 
entre otros. 
 
Elementos o componentes fundamentales de los sistemas de control 
 Para facilitar la comprensión de los elementos de los sistemas de control, considérese un 
brazo robot de 6 grados de libertad, ilustrado en la figura de abajo. 
 
 Ahora, independientemente del sistema a ser controlado, un sistema de control contiene 
los siguientes elementos: 
 Planta: Se entiende por planta al sistema cuyo comportamiento se desea controlar. 
La dinámica de la planta es un aspecto importante para los ingenieros pues permite 
proponer leyes de control adecuadas para un desempeño apropiado. 
 
 Actuador: Es el dispositivo físico que efectúa la acción de control. Dicho de otra 
manera, es el elemento que transforma la energía del sistema en el movimiento o 
esfuerzo físico requerido. 
 
 Sensor: Percibir señales es natural para los seres orgánicos, como los humanos, 
aunque sea imperceptible. Un robot, como el brazo robótico ya mencionado, no 
puede saber su ubicación en el espacio, o su posición angular, sin el uso adecuado 
de sensores. Dichos sensores (acelerómetros, giroscopios, sensores de ultrasonido, 
sistemasde video, entre otros) permiten al robot, mediante post-procesamiento de 
sus lecturas, conocer su posición con respecto a un marco de referencia, ya sea local 
o global. 
 
 Controlador: Es el dispositivo que permite implementar la política de control al 
sistema. En otras palabras, permite calcular la salida de control requerida para llevar 
al sistema al estado deseado. En el caso del robot, el controlador consiste en un 
gabinete de controladores eléctricos que reciben información de los sensores. 
Tipos de sistemas de control 
Sistema de control de lazo abierto 
 Los sistemas en los cuales la salida no tiene efecto sobre la acción de control se 
denominan sistemas de control en lazo abierto. En otras palabras, en un sistema de control 
en lazo abierto no se mide la salida ni se realimenta para compararla con la entrada. Un 
ejemplo práctico es una lavadora. El remojo, el lavado y el centrifugado en la lavadora 
operan con una base de tiempo. La máquina no mide la señal de salida, que es la limpieza 
de la ropa. 
 La capacidad que tales sistemas tienen para ejecutar una acción con exactitud depende 
de su calibración. En general, los sistemas de lazo abierto están regulados por base de 
tiempo. Su mayor desventaja es que no pueden satisfacer requerimientos de desempeño 
críticos. La única manera de hacer que el sistema trabaje dentro de un rango específico ante 
la presencia de perturbaciones internas o externas es disponer de algunos medios que 
ajusten variables del mismo para que se mantengan en un valor deseado. De lo contrario, la 
entropía del sistema aumenta de manera descontrolada. 
 Sus elementos suelen dividirse en dos partes, el controlador y el proceso controlado. Una 
señal de entrada r se aplica al controlador, cuya salida actúa como señal actuante u; la cual 
controla el proceso de tal forma que la variable controlada se desempeñe de acuerdo con 
estándares preestablecidos. En casos simples, el controlador puede ser un amplificador, 
una unión mecánica, filtro, u otro elemento regulador. En los casos más complejos, el 
controlador puede ser una computadora tal como un microprocesador. 
 Debido a la simplicidad y economía de los sistemas de control de lazo abierto, se les 
encuentra en muchas aplicaciones no críticas, por ejemplo: tostadores de pan, hornos de 
microondas y semáforos convencionales. 
 
Sistema de control de lazo cerrado 
 Un sistema que mantiene una relación determinada entre la salida y la entrada de 
referencia, comparándolas y usando la diferencia como medio de control, se denomina 
sistema de control realimentado o sistema de control de lazo cerrado (en la práctica, ambos 
términos se usan indistintamente). 
 Dicho sistema utiliza un sensor que detecta la respuesta real para compararla con una 
referencia a manera de entrada, razón por la cual se dice que son sistemas realimentados. El 
término retroalimentar significa comparar; en este caso, la salida real se compara con 
respecto al comportamiento deseado, de tal forma que si el sistema lo requiere se aplica una 
acción correctora sobre el proceso por controlar. 
 Un ejemplo sería el sistema de control de temperatura de una habitación. Midiendo la 
temperatura real y comparándola con la temperatura de referencia (temperatura deseada), el 
termostato activa o desactiva el equipo de calefacción o de enfriamiento para asegurar que 
la temperatura de la habitación se mantiene en un nivel confortable independientemente de 
las condiciones externas. 
 Son conocidos por las siguientes características: 
 Aumento de exactitud en el control del proceso: La retroalimentación atenúa el error 
para regular la(s) variable(s) controlada(s). 
 
 Sensibilidad reducida en las variaciones de las características del sistema: Dentro de 
ciertos límites, uno o varios componentes del sistema pueden sustituirse por 
elementos similares al componente original sin presentar resultados significativos 
en el desempeño del sistema. 
 
 Efectos reducidos en la no linealidad y la distorsión: La retroalimentación tiende a 
ajustar la respuesta del sistema, por tanto hay un intervalo donde la no linealidad y 
la distorsión tienen efectos no significativos. 
 
 Aumento de banda ancha del sistema: La retroalimentación permite que el rango de 
operación del sistema en el dominio de la frecuencia ω se incremente. 
 
 Tendencia a la inestabilidad: Un grave inconveniente de la retroalimentación es que 
hace al sistema propenso a la inestabilidad como consecuencia de el ajuste y análisis 
constante de información. 
 
 
 
Aplicaciones en las industrias 
Control de la dirección de un automóvil 
Un ejemplo simple sería el sistema de control de la dirección de un automóvil. La 
dirección de las dos ruedas delanteras se pueden visualizar como la variable controlada, o 
la salida, y; la dirección del volante es la señal actuante, o la entrada u. El sistema de 
control está compuesto del mecanismo de dirección y de la dinámica del automóvil 
completo. Por otro lado, 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. 
Máquina de coser industrial 
El coser, como una operación de ensamble básica en el proceso de fabricación de una 
prenda es, en principio, una operación complicada y laboriosa. Para tener un bajo costo y 
una alta productividad, la industria de costura tiene que confiar en complejas máquinas de 
coser para incrementar la velocidad y exactitud de las operaciones de costura. Dichas 
máquinas deben cumplir un número de estándares, tales como la velocidad de arranque y 
paro de la máquina. 
El tiempo de aceleración, desaceleración y de posicionamiento deben ser tan pequeños 
como sea físicamente posible. Cuando la máquina de coser alcanza el punto de alto, no 
debe haber oscilaciones. Para alcanzar estos objetivos de desempeño, el sistema de control 
de la máquina es diseñado con especificaciones muy estrictas. 
Control del seguimiento del Sol de colectores solares 
Para alcanzar la meta de desarrollar energía eléctrica económicamente y combustibles 
no fósiles, el gobierno de EUA ha patrocinado varias organizaciones en la investigación y 
desarrollo de métodos de conversión de energía solar, lo cual incluye técnicas de 
conversión mediante paneles solares. La necesidad de alta eficiencia dictó el empleo de 
dispositivos de seguimiento del Sol. Dichos dispositivos deben seguir al Sol de manera 
exacta, por tanto, sus movimientos deben ser controlados por sistemas de control de alta 
complejidad. 
Control de la velocidad en ralentí de un automóvil 
La idea de estos sistemas de control es mantener la velocidad de ralentí del motor en un 
valor relativamente bajo (para economía de combustible) sin importar las cargas aplicadas 
al motor (transmisión, aire acondicionado, entre otros). Sin un sistema de control que regule 
la velocidad, cualquier cambio súbito en la aplicación de la carga del motor causa una caída 
en la velocidad del motor que puede provocar que el mismo se detenga. Entonces, el 
sistema de control debe: 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONCLUSIÓN 
Es evidente la importancia de los sistemas de control en el mundo moderno. Una 
aglomeración de teoremas y principios de la realidad se combinan para crear un sistema que 
puede identificar y responder adecuadamente a situaciones irregulares en los sistemas bajo 
su supervisión. Al igual que docenas de otras ramas especializadas del saber, los sistemas 
de control constituyen una necesidad en el mundo cotidiano e industrial. La sociedad se 
desarrolla sobre, y depende de, estos sistemas de control, así como lossistemas que éstos 
supervisan. 
El afán por aprender e innovar de la humanidad es la única prueba necesaria para afirmar 
la permanencia y relevancia de los sistemas de control en el futuro. Ciertamente no hay 
intención de abandonar un prospecto tan útil como lo es un sistema de control. 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
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 [18-09-2021; 11:01 am] Ogata, K (2010). Ingeniería de control moderna [Archivo 
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