Qué son los Sistemas de Control y sus Características

La utilidad de los sistemas de control se encuentra en la administración de una enorme cantidad de información, con la posibilidad de automatización de estos procedimientos, librando a los usuarios de una actividad que es muy molesta y pesada, sigue leyendo este artículo para que conozcas su funcionamiento y los beneficios.

Sistemas de Control

Cuando se habla de los sistemas de control hay que observarlos desde el punto de vista de la informática y de la ingeniería. Se trata realmente de un grupo de elementos que son los que alcanzan a obtener acciones dirigidas al control que se necesitan sobre algunas áreas y varias actividades o tareas.

Estos sistemas tienen la capacidad de dirigir, administrar e inclusive dirigir la manera en que se comportan otros sistemas, todo esto tiene el objetivo de minimizar en todo lo que se pueda las contingencias que puedan dar origen a que se presente alguna clase de error, logrando el resultado más adecuado en todas las posibles contingencias.

Los sistemas de control se encargan de efectuar tareas que deberían ser ejecutadas por individuos comunes, pero cuando se utiliza un sistema de control se consiguen mejores resultado y lo que nos libra de tener que realizar algunos trabajos. Igualmente, los sistemas se pueden dividirse en dos clases, una que se encuentra dedicada a los sistemas que son denominados de lazo cerrado y otras que se encuentran orientadas a aquellos sistemas que se denominan de lazo abierto.

De una parte, los denominados sistemas de control que son de lazo abierto no requieren tener conocimiento de los datos sobre la salida y lo cual no afecta su desempeño. Pero en el caso contrario, que son los sistemas de control que son de lazo cerrado, si requieren poder tener conocimiento de cuál es la salida y sin ella no les es posible realizar sus funciones de control.

¿Dónde se encuentran estos sistemas actualmente?

Se emplean en distintas áreas, pero no cabe duda de que una de las zonas en las que más se emplean los sistemas de control, bien sea el cerrado o el abierto, son los ámbitos de la industria. Lo usual es emplear los sistemas de control con el objetivo de ejecutar procesos de la producción, entre los que normalmente se encuentra el manejo de algunas máquinas o ejercen el control sobre algunos equipos.

¿Qué es un sistema de control?

Se puede definir a un sistema de control como aquel conjunto de maquinarias que han sido dedicadas a administrar otros sistemas. En sí los sistemas de control normalmente estar conformados por circuitos de tipo electrónico, los que se encuentran precargados con los programas que son capaces de controlar los sistemas que le han sido colocados bajo sus comandos.

La ventaja primordial que representan estos sistemas por encima de utilizar la mano de obra humana son las mejores probabilidades en el éxito en los resultados de la actividad de que se trate, ya que estas máquinas no son susceptibles de cometer errores, siempre que hayan sido bien programadas.

Objetivos de los Sistemas de Control

Su objetivo principal es que el sistema de control sea capaz de cumplir con una tarea, aquella concretamente para la que ha sido programado. La eventualidad de lograr ese objetivo se modifica, dependiente de cuál sea la dificultad de la actividad, las capacidades de control del sistema y la programación de que disponga. De todas maneras, los sistemas de control requieren tener estas dos misiones a cumplir para que puedan alcanzar su objetivo principal:

• Estables e incorruptibles: en primer lugar tienen que estar programados con una gran estabilidad, una que sea capaz de impedir que se corrompa o se vea perturbado por algún error que se encuentre en sus archivos. Aquellos sistemas de control que sean débiles usualmente caen desde el momento en que se presenta una falla y se ven incapaces de cumplir la tarea que les ha sido asignada.
• Eficientes: al asignarle el trabajo de una persona a una máquina, una de las mejoras más significativas que se logra es la eficiencia. Este sistema de control tiene que tener la capacidad de poder tener un criterio pre-programado, con el cual se impide que se pueda realizar alguna acción de tipo brusco que pueda influir de forma negativa en su actividad. Esto quiere decir que debe ser capaz de seleccionar qué tipo de decisión es la óptima para que se pueda cumplir con su objetivo.

Clasificación de los Sistemas de Control

En caso de que deseemos hacer una clasificación de los sistemas de control, hay que tener en consideración que hay dos principales tipos, como ya hemos dicho antes, los sistemas que son de lazo abierto y los que son de lazo cerrado. Esta división se encuentra relacionada con la acción de control sobre la salida que tu sistema tenga la intención de controlar.

Es cierto que realmente ambas clases tienen el mismo objetivo y tienen la misión de cumplir con las dos misiones que hemos descrito anteriormente, la verdad es que emplear un sistema de lazo cerrado es probable que sea muy diferente a usar un sistema de lazo abierto. Con el objetivo de que tú puedas hacer tu elección sobre el que se adapte mejor para tus objetivos y actividades,  vamos a explicarte en qué consisten los dos:

Sistema de control de lazo abierto

Son aquellos sistemas de control en los que la salida no posee ningún tipo de efecto sobre el sistema en sí mismo, lo cual se puede traducir como en el hecho de no se requiera hacer una realimentación de la salida, con el objetivo de que el controlador pueda trabajar cabalmente.

Ejemplos de sistemas de control (abierto 1)

Un ejemplo fácil de entender son las lavadoras automáticas que todos conocemos, debido a que las mismas pueden efectuar sus ciclos de lavado tiendo en consideración un lapso para mantener el control del sistema. Se considera que se trata de un sistema de lazo abierto, ya que no se requiere de los datos de salida, los cuales se encontrarían en el supuesto de lavar la ropa al concluir cada ciclo.

Ejemplos de sistemas de control (abierto 2)

Te ofrecemos otro ejemplo sencillo, que es el sistema de control con el cual logran funcionar las tostadoras de pan. Ellas requieren poder medir una cantidad de pan para poder funcionar, pero no requieren saber el punto hasta el cual va a tostarse, lo que se hace es medir el tiempo.

Características de los sistemas de control de lazo abierto

Las características de los sistemas de lazo abierto son:

• Facilidad de uso: los sistemas de control que han sido basados en el tipo de lazo abierto normalmente son mucho más fáciles de utilizar y tienen un funcionamiento que es más intuitivo que el que poseen los sistemas de lazo cerrado.
• No se necesitan datos de salida: para poder ejecutar las actividades, un sistema de lazo abierto no toma en consideración el resultado de sus tareas, sencillamente se basa en cumplir la actividad de la mejor manera. Esto quiere decir que, mientras sea posible asimilar los datos de entrada el sistema va a funcionar sin que tenga importancia los datos de salida.
• Mayor debilidad frente a perturbaciones: un sistema de lazo cerrado suele ser más vulnerable frente a cualquier clase de error, ya que este no tiene la capacidad de detectar las fallas al no poder medir la salida de sus actividades. Esas perturbaciones pueden ser de naturaleza física o encontrarse en el interior de su programación.
• Probabilidad de éxito variante: es posible que tenga una probabilidad de éxito que es muy alta o muy baja, ello va a depender de la calidad que tenga su programación. En el caso de que el sistema posea una estructura robusta, es alta la probabilidad de que logre su objetivo, en el caso contrario lo que ocurre es que se encuentra mal programado, debido a que es más vulnerable a las fallas.

Sistema de control de lazo cerrado

Si se trata de un sistema de lazo cerrado que posee como base comparar el valor que se desea con el valor que se haya obtenido, midiendo los datos que se arrojan en la salida, lo que significa que se trata de una clase de sistema que tiene un control que permite la realimentación, que es una opción que le va a permitir reaccionar de diferentes maneras, dependiendo de cuáles sean los resultados. Este tipo de sistemas fue creado con la intención de que se redujeran las fallas y lograr en la medida de lo posible, obtener un mejor resultado.

Ejemplos de sistemas de control (Cerrado 1)

Un ejemplo inicial sería el de los calentadores que se emplean para obtener una determinada temperatura en el agua. Esta clase de sistemas posee la capacidad de efectuar sus tareas, pero requieren que la salida les proporcione una determinada información antes de actuar, ello con la finalidad de llegar al resultado que sea más cercano al éxito.

En este supuesto, eres ti el que tiene que decidir si va a salir el agua caliente o fría, en el momento en que tomes esa decisión, el sistema de control va a realizar su tarea teniendo en consideración lo que haya sido elegido.

Ejemplos de sistemas de control (Cerrado 2)

Un ejemplo de lo que se aplica en el área empresarial y en ámbitos que son un poco más complejos pueden ser los reguladores de la sensibilidad que se encuentran en un depósito. En el momento en que se produce un movimiento en la boya, que hace la función de un medidor, la actividad que se va a producir es que ocurra una mayor o una menor obstrucción en el suministro del elemento de que se trate, que puede ser de aire o de gas.

Posee unos sensores que requieren tomar en consideración los movimientos de la boya, para que se active en una medida mayor o menor el sistema de control sobre una válvula de paso, abriéndola más cuando en el momento en que se acerque a su capacidad máxima, con el objetivo de liberar presión.

Características de los sistemas de control cerrado

En los sistemas de control cerrado vamos a encontrar las siguientes características:

• Complejidad: Es normal que se encuentren programados y diseñados de manera compleja, con una gran cantidad de trabajo tanto en su software como en su hardware. Esto da lugar a unos sistemas que son absolutamente competentes, aunque igualmente pueden ser difíciles de emplear por personas que no tengan experiencia o que desconozcan la manera en que funcionan.
• Gran número de parámetros: este tipo de sistema debe ser capaz de cumplir con algunos parámetros, o también, de acuerdo a cuál sea el tipo de actividad y las condiciones que se cumplan, es posible que se pueda lograr un resultado que logre adaptarse.
• Se necesitan datos de la salida: para esta clase de sistemas se necesitan los datos de la salida, con el objetivo de poder comprarlos con los datos que sean los que se desean desde la entrada. En el supuesto de que no se consigan los datos de salida, el sistema va a permanecer en reposo hasta que se obtenga la respuesta.
• Estabilidad: se trata de sistemas que con más robustos y estables que los de lazo abierto. La posibilidad de poder comparar los datos antes de ejecutar su trabajo le permite poder adaptarse de mejor forma a las perturbaciones y poder responder más eficientemente a las distintas variaciones que se puedan presentar durante la ejecución de una actividad.

Historia de los Sistemas de Control

El inicio de los sistemas de control resulta ser muy antiguo, inclusive se puede datar desde los inicios de la misma civilización. Las primeras oportunidades en las que se pudo conocer algunas aplicaciones que se basaron en un sistema de control fueron encontradas en la antigua Grecia, ya que ha sido posible descubrir varios mecanismos que eran capaces de regir el funcionamiento de una plataforma que flotaba en agua.

También ha sido descubierto el reloj de Ktesibius, cuya creación data de aproximadamente el año 250 BC. El Ktesibius actualmente es considerado de forma oficial como el primer sistema de control automatizado que fue creado por el ser humano.

Si fijamos la vista en una época que sea un poco más moderna, es necesario que nos dirijamos a la época de la Europa renacentista, concretamente entre los siglos XV y XVI, momento histórico en el cual vivió el inventor holandés Cornelis Drebbel, quien fue el que ideó la creación de muchos inventos, entre los que se encuentra el primer sistema de control realimentado, que es la noción que hoy se tiene de un sistema de lazo cerrado. Su invento más destacado fue una incubadora, aparato que era capaz de regular la temperatura hasta cierto nivel.

No obstante este inmenso avance, por tratarse de una sencilla incubadora y no poseer los conocimientos necesarios sobre la importancia que tendrían estos sistemas de control en futuro, en aquella época el referido invento no tuvo ninguna fama. De otra parte, Cornelis Drebbel fue capaz de inventar otro aparato que empleaba igualmente un sistema de control y esta vez sí obtuvo la atención de muchos.

Lo que inventó, cerca del año 1620, fue el primer submarino funcional, que empleaba un sistema mejor que pudo optimizar, pero que en esencia es el mismo de su incubadora, y que necesitaba los datos de salida para compararlos con los de entrada.

Época moderna

A comienzos de la edad moderna igualmente se alcanzaron avances que fueron muy útiles. En Francia el científico Denis Papin fue quien se encargó de inventar el primer regulador de presión, mismo que aún sigue siendo utilizado mucho en la actualidad. En el proceso de su creación Papin quiso estudiar cómo funcionaban las calderas y creó prototipos que mejorarían el control de vapor, por lo que en ese proceso, sin querer, inventó los reguladores de presión.

También debemos mencionar el impresionante trabajo de James Watt, quien fue un científico que logró llevar optimizar la realimentación automatizada, llevándola a un nivel superior, al poder crear el primer regulador que dirigía el centrifugado en el año 1769.

Rusia tuvo su grado de innovaciones, porque su inventor I. Polzunov fue capaz de crear el primer sistema de control que se encargaba de regular los niveles de agua, empleando un sistema de los utilizados en la antigua Grecia, pero mejorado. Igualmente, a lo largo de todo el siglo XIX, puede decirse que todos los sistemas de control poseían la característica de ser intuitivos y que tenían una absoluta facilidad de manejo, ya que hasta ese momento no se les habían dado objetivos que fueran muy complicados.

Del siglo XX hasta la actualidad

Gracias a los avances de la tecnología, se impulsó el desarrollo de los sistemas de control, y empezaron a crearse sus teorías, con la finalidad de dar validez a los mismos y crear una rama científica que se dedicara a estudiarlos. El responsable de que dicho avance se lograra fue el científico J.C. Maxwell, quien logró combinar teorías matemáticas para poder relacionarlas con el control dentro de una ecuación diferencial.

Luego de una laboriosa investigación, alrededor del año 1868, fue capaz de mostrar sus teorías y consiguió aportar grandes avances y nociones como las siguientes:

• Concepto de estabilidad.
• Modelos matemáticos simples.
• Importancia de la acción integral.
• Linealización.
• Estabilidad como problema algebraico.

Criterios de estabilidad

Otro hecho que se debe resaltar es la última aportación relevante que tuvo lugar en el año 1932, momento en el cual el inventor Nyquist fue capaz de crear los sistemas telefónicos, realizando un avance en los sistemas de control en un área sobre la cual aún no habían tenido ninguna influencia. Para ello empleó un método que es muy simple, al poder establecer la estabilidad con un sistema de lazo cerrado en las líneas telefónicas, utilizando un senoidal de forma permanente.

Tipos de Sistemas de Control según su origen

Hay muchos tipos de sistemas de control y es posible que con el tiempo se vayan agregando más, pero lo que es verdad es que hasta el momento se pueden englobar en dos grandes clasificaciones:

Hechos por el hombre y hechos por la naturaleza

La gran mayoría de ellos han sido creados partiendo de sistemas eléctricos con componentes electrónicos, que habitualmente se mantienen en un estado permanente de captura, buscando de forma continua señales del sistema que pueda estar bajo un estado de control. Siempre que se logre recibir la señal, el funcionamiento va a seguir las indicaciones sin problemas, pero en caso de que detecte alguna desviación con relación al comportamiento habitual, utilizan sensores con los que van a intentar retomar la vía que tenían antes.

Como ejemplo fácil de este tipo de sistemas de control sería el termostato, que tiene la actividad de captar señales de la temperatura. En el momento en que se logra obtener una temperatura que se vea aumentada de forma drástica o que descienda más abajo del rango que se necesita, va a comenzar un proceso de calefacción o refrigeración con el que se va a poder recuperar el equilibro.

Hay muchos otros tipos de sistemas que han sido hechos por el hombre, entre los cuales se encuentran los siguientes:

Causalidad

Los sistemas de control pueden ser causales o no causales, lo que va a depender de si el sistema tiene alguna relación causal entra las entradas y las salidas. Para decirlo de mejor forma, si existe una relación entre los datos que se obtienen al finalizar la tarea y los datos que podrán ser obtenidos en el futuro.

Por comportamiento

En función de la clase de comportamiento que tenga el sistema, es posible obtener dos tipos distintos de sistemas de control; los que son lineales y los que no son lineales. Esto será resuelto por la ecuación diferencial que sea la que defina al sistema.

De tiempo

Las clases de tiempo varían desde el continuo al discreto, dependiendo del tiempo que posee el sistema de control. Los tipos continuos emplean las ecuaciones diferenciales, además que su tarea se va a ejecutar en un tiempo que es infinitamente divisible. Al contrario de estos, los sistemas de tiempo discreto solo se pueden dividir durante períodos que tengan un valor constante y con unas variables que sean digitales.

Variables

La variedad también es capaz de producir distintos sistemas de control. En primer lugar es posible mencionar los sistemas acoplados, que son los sistemas que posean una variable que logre relacionarse con el de otro sistema ajeno. La segunda opción son los sistemas desacoplados, en los que las variables no tienen ninguna relación con un sistema.

Evolutivos

En el momento en que se habla de la evolución de las variables, nos vamos a encontrar en el interior de otra clase de sistemas de control. Dentro de este grupo se encuentran los sistemas estacionarios, que son sistemas que tienen variables que se mantienen de forma constante en el tiempo y no varían sus características. Igualmente se encuentran los sistemas no estacionarios, que tienen variables que pueden cambiar durante el tiempo y exhibir cambios.

Sistemas de control automático

Se trata de los sistemas que han sido dedicados al control de forma automática, gestionando procesos como si se tratara de disciplinas. Estos emplean técnicas de control que son automatizadas, con el objetivo de que las actividades a ejecutar se hagan de forma más eficaz, veloz e independiente. Al pasar las épocas, estos sistemas se han incrementado mucho y se han empleado esencialmente en el ámbito de las fábricas y las industrias.

La esencial función para la que son creados es para que se obtenga cierto valor que se desea, en razón de lo cual debe tener cierta condición física, poder medir los datos de entrada y compararlos con los de salida. Debido a ello, se trata de sistemas que son clasificados como sistemas de lazo cerrado, que tienen la finalidad de minimizar las posibilidades de que ocurra algún error.

Una ventaja que posee este tipo de sistemas que es muy útil es que son capaces de ejecutar sus actividades totalmente sin la asistencia de mano de obra humana, ya que pueden realizar distintas actividades de forma independiente.

Sistemas de control eléctrico

Los sistemas de control eléctricos, como lo indica su nombre, con base en conexiones eléctricas, las que tienen como objetivo administrar las entradas de cargas eléctricas de algunas máquinas.

Según la respuesta

La respuesta del sistema también es la causa de otra clasificación de sistemas de control, englobándolos en estables e inestables. Los estables por su lado pueden tener una señal acotada en su salida, pero los inestables producen entradas acotadas y al menos una respuesta que es no acotada.

Naturales

Los sistemas de control naturales son los que han tenido su origen en el ámbito de la biología y han sido creados por la naturaleza, sin que medie la influencia del hombre. Un ejemplo simple de ello, que posiblemente estés experimentando en este mismo momento son los movimientos que es capaz de realizar el cuerpo del ser humano.

Ellos solo puede suceder gracias a un complicado sistema biológico que está diseminado en todo el cuerpo humano, desde los ojos hasta los dedos de los pies. De alguna manera, el sistema de control sobre toda nuestra biología sería nuestro cerebro, que actúa como una central por medio de la cual se envían señales a todo el cuerpo.

Conjuntos

Se trata de una combinación que se logra entre los sistemas de control biológicos y una herramienta que tenga origen externo. Para este caso se pueden dar los ejemplos de un individuo que se encuentran conduciendo un auto, de manera que su cerebro, las manos y los ojos humanos serían el sistema de control y el vehículo sería la herramienta externa. Este ejemplo igualmente puede extrapolarse a otros ámbitos, sin la necesidad de los humanos, como puede ser el caso de que algún animal utilice un objeto inanimado para lograr ejecutar alguna actividad.

Psicológicos

Se trata de sistemas de control que siguen siendo naturales, ya que no ha existido actividad de los seres humanos en su creación, y siempre han estado allí. En este caso, el sistema de control serían los pensamientos que tiene algún ser vivo y la salida del sistema serían las acciones que ese ser vivo implemente.

Un ejemplo de ellos de los que podemos mencionar son las conversaciones, cuando un individuo comienza a comunicarse con otro, el sistema de control se va a encargar de gestionar las palabras que va a pronunciar a continuación, así como sus gestos o inclusive sus acciones.

Lo que distingue a esta clase de sistemas de control de los otros que hemos mencionado anteriormente, es que los sistemas de control psicológicos han experimentado una gran dificultad en su estudio, debido a que las mentas de los individuos son muy distintas y cuesta mucho trabajo conseguir unos resultados que globalicen a todas las mentes. Lo que sí es posible tener por seguro, es que el sistema de control en estos supuestos es el cerebro.

Características de un Sistema de Control

Es cierto que los sistemas de control se dividen en distintas clases y tipos, los cuales van a tener características diferentes, pero eso no quiere decir que no posean nada en común. Es por ello que te vamos a mostrar las características que son comunes a todos los sistemas de control en general:

Control

Esta clase de sistemas tienen un cierto nivel de prioridad por encima de las demás funciones que tiene el dispositivo, y en ese nivel se encuentra la parte que imparte las ordenes. Es cierto que pueden tener objetivos diferentes, pero todos persiguen tener el control y manejar la actividad de la mejor manera posible.

Planificación

Todo sistema de control tiene que poseer un plan que deben seguir para ejecutar su función, el cual es programado en el proceso de su creación. Dentro de la planificación se pueden observar algunos datos como los objetivos a cumplir y los requisitos que se tienen que cumplir.

Miden las opciones

Con prescindencia de que se trate de un sistema de lazo abierto o cerrado, todos y cada uno de ellos poseen la capacidad de asimilar las posibles opciones y determinar cuál es la que debe proporcionar aquel resultado que sea más satisfactorio.

Tener planes de respaldo

En caso de que el sistema no haya sido capaz de impedir un fallo, todos los sistemas de control tienen por lo menos una medida que pueden implementar para tratar de corregir el error y volver a su estado anterior. Ciertamente algunos sistemas pueden ser mucho mejores que otros, pero siempre van a poseer por lo menos un plan de respaldo, incluso aunque se trata de un plan que sea ineficaz.

Tratar de evitar errores

Considerando que algunos sistemas son mejores que otros en este aspecto, la realidad es que todos los sistemas de control van a tratar de evitar que ocurra un error o una falla mientras están realizando sus actividades.

Señales de la corriente de entrada

Se puede definir como una clase de aviso o señal que reciben todos los sistemas de control al momento en que se verifique la existencia de una fuente de energía que posee un origen externo. Todos los sistemas de control son capaces de captar esta energía, pero solo aquellos que son de lazo cerrado son capaces de comprenderla y actuar en consecuencia, de distinta forma, para podar dar diferentes respuestas.

Variable manipulable

Los sistemas de control son capaces de manipular de distintas formas los resultados que se obtienen y presentar valores que sean totalmente diferentes. Estos valores pueden tener un origen de tipo automático, porque deriva del propio sistema, si es uno de lazo cerrado, o con el auxilio de algún agente externo, que puede ser un ser humano, si se trata de un sistema de lazo abierto.

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