Tipos de Sistemas de Control | Sistema de Control Lineal y No Lineal

Un sistema de control es un sistema de dispositivos que gestiona, comanda, dirige o regula el comportamiento de otros dispositivos para lograr un resultado deseado. En otras palabras, la definición de un sistema de control se puede simplificar como un sistema que controla otros sistemas para alcanzar un estado deseado. Existen diversos tipos de sistemas de control, que se pueden clasificar ampliamente como sistemas de control lineales o sistemas de control no lineales. Estos tipos de sistemas de control se discuten en detalle a continuación.

Sistemas de Control Lineales

Para entender el sistema de control lineal, primero debemos comprender el principio de superposición. El principio del teorema de superposición incluye dos propiedades importantes y se explican a continuación:
Homogeneidad: Un sistema se dice homogéneo si multiplicamos la entrada por una constante A, entonces la salida también se multiplicará por el mismo valor de la constante (es decir, A).
Aditividad: Supongamos que tenemos un sistema S y le damos la entrada a este sistema como a1 por primera vez y obtenemos la salida b1 correspondiente a la entrada a1. En la segunda vez, le damos la entrada a2 y correspondiente a esto, obtenemos la salida b2.

Ahora supongamos que esta vez le damos una entrada como la suma de las entradas anteriores (es decir, a1 + a2) y correspondiente a esta entrada, supongamos que obtenemos la salida (b1 + b2), entonces podemos decir que el sistema S sigue la propiedad de aditividad. Ahora somos capaces de definir los sistemas de control lineales como aquellos tipos de sistemas de control que siguen el principio de homogeneidad y aditividad.

Ejemplos de Sistemas de Control Lineales

Consideremos una red puramente resistiva con una fuente DC constante. Este circuito sigue el principio de homogeneidad y aditividad. Se descartan todos los efectos indeseados y, asumiendo un comportamiento ideal de cada elemento en la red, decimos que obtendremos características de voltaje y corriente lineales. Este es un ejemplo de un sistema de control lineal.

Sistemas de Control No Lineales

Podemos simplemente definir un sistema de control no lineal como un sistema de control que no sigue el principio de homogeneidad. En la vida real, todos los sistemas de control son sistemas no lineales (los sistemas de control lineales solo existen en teoría). La función descriptiva es un procedimiento aproximado para analizar ciertos problemas de control no lineal.

Ejemplos de Sistema No Lineal

Un ejemplo bien conocido de un sistema no lineal es una curva de magnetización o curva sin carga de una máquina DC. Discutiremos brevemente la curva sin carga de las máquinas DC aquí: La curva sin carga nos da la relación entre el flujo de aire y el mmf del viento de campo. Es muy claro a partir de la curva dada a continuación que al principio hay una relación lineal entre el mmf del viento y el flujo de aire, pero después de esto, aparece la saturación, lo que muestra el comportamiento no lineal de la curva o las características del sistema de control no lineal.

Sistema Analógico o Continuo

En estos tipos de sistemas de control, tenemos una señal continua como entrada al sistema. Estas señales son una función continua del tiempo. Podemos tener diversas fuentes de señales de entrada continuas, como fuentes de señal sinusoidal, fuentes de señal cuadrada; la señal puede ser en forma de triángulo continuo, etc.

Sistema Digital o Discreto

En estos tipos de sistemas de control, tenemos una señal discreta (o la señal puede estar en forma de pulso) como entrada al sistema. Estas señales tienen un intervalo de tiempo discreto. Podemos convertir diversas fuentes de señales de entrada continuas, como fuentes de señal sinusoidal, fuentes de señal cuadrada, etc., en una forma discreta utilizando un interruptor.
Ahora, existen diversas ventajas de los sistemas discretos o digitales sobre los sistemas analógicos y estas ventajas se escriben a continuación:

1. Los sistemas digitales pueden manejar sistemas de control no lineales más eficazmente que los sistemas de tipo analógico.

2. El requerimiento de potencia en el caso de un sistema discreto o digital es menor en comparación con los sistemas analógicos.

3. El sistema digital tiene una tasa de precisión mayor y puede realizar diversos cálculos complejos fácilmente en comparación con los sistemas analógicos.

4. La confiabilidad del sistema digital es mayor en comparación con el sistema analógico. También tienen un tamaño pequeño y compacto.

5. El sistema digital funciona con operaciones lógicas, lo que aumenta su precisión muchas veces.

6. Las pérdidas en el caso de sistemas discretos son menores en comparación con los sistemas analógicos en general.

Sistemas de Entrada Única y Salida Única

Estos también se conocen como sistemas SISO. En este, el sistema tiene una única entrada para una única salida. Varios ejemplos de este tipo de sistema pueden incluir el control de temperatura, el sistema de control de posición, etc.

Sistemas de Múltiples Entradas y Múltiples Salidas

Estos también se conocen como sistemas MIMO. En este, el sistema tiene múltiples salidas para múltiples entradas. Varios ejemplos de este tipo de sistema pueden incluir sistemas tipo PLC, etc.

Sistema de Parámetros Concentrados

En estos tipos de sistemas de control, los diversos componentes activos y pasivos se asumen concentrados en un punto, y por eso se llaman sistemas de parámetros concentrados. El análisis de este tipo de sistema es muy sencillo y comprende ecuaciones diferenciales.

Sistema de Parámetros Distribuidos

En estos tipos de sistemas de control, los diversos parámetros activos (como inductores y condensadores) y pasivos (resistencias) se asumen distribuidos uniformemente a lo largo de la longitud, y por eso se llaman sistemas de parámetros distribuidos. El análisis de este tipo de sistema es ligeramente más difícil y comprende ecuaciones diferenciales parciales.