EJEMPLOS DE SISTEMAS DE CONTROL DE LAZO CERRADO

 Servomecanismo simple de cremallera y piñón 

La figura 9-4 muestra un sistema de posicionamiento lineal. El apuntador se encuentra conectado a un delgado cordón que se extiende sobre una polea fija, alrededor de una polea móvil, sobre otra polea fija y se sujeta al objeto que será posicionado. El objeto descansa sobre un soporte

cuyo piñón es accionado por el motor. Si el apuntador se desplaza a la izquierda sobre la escala, la polea móvil es elevada por el cordel, ocasionando que el selector del potenciómetro gire hacia arriba en la misma proporción. Cuando el contacto del potenciómetro ya no se encuentra más en el centro, el circuito puente está desbalanceado y entregará un voltaje de entrada al amplificador. La salida del amplificador activa al motor, el cual desplaza el objeto a la izquierda. Cuando el objeto se haya desplazado la misma distancia que el apuntador, la polea móvil regresará a su posición de descanso, y el contacto del potenciómetro estará centrado nuevamente. El puente regresará a balance, ocasionando un voltaje de entrada cero al amplificador, el cual detendrá el motor. Puede verse que siempre que el puente sale de balance, enviará una señal de bajo voltaje al amplificador, el cual la amplificará para accionar el motor. El motor desplaza el objeto controlado a tal posición que el puente regrese al balance. Dado que el puente sólo se encuentra balanceado cuando la polea móvil se encuentra en su posición de descanso, el objeto controlado siempre se desplazará exactamente la misma distancia que el apuntador, ya que sólo al hacer esto podrá regresar la polea móvil a la posición de descanso. En este sistema, la posición del apuntador representa el punto de ajuste. La posición del objeto representa la variable controlada. El cordón y el arreglo de poleas representan al comparador, con la posición instantánea de la polea siendo la señal de error. El circuito puente es el controlador y la señal de salida del controlador es el voltaje aplicado a la entrada del amplificador. El motor con un arreglo de cremallera y piñón representan al dispositivo de corrección final.

Máquina cortadora de patrones

En la figura 9-5 se aplica la misma idea a un mecanismo más elaborado. Este sistema es una máquina cortadora de patrones. Un patrón o modelo, se ajusta al soporte de montaje como pieza de trabajo sin cortar. El soporte de montaje entonces se desplaza lentamente a la izquierda. Cuando se desplaza, la herramienta de corte accionada por motor cortará un patrón idéntico sobre la pieza de trabajo.

El sistema funciona de este modo: el sensor rígido se mantiene ajustado contra el patrón por medio de la acción del resorte de tensión del lado derecho del pivote. A medida que el sensor avanza hacia arriba y hacia abajo, su desplazamiento se transmite a la polea móvil a través del cordón sujetado al extremo derecho del brazo del sensor. Esta polea móvil se sujeta al selector del potenciómetro de forma que a medida que la polea se desplaza lejos de su posición centrada, el puente se desbalancea. El puente desbalanceado acciona un amplificador, el cual acciona el servomotor. El servomotor ocasiona que el bastidor móvil se desplace hacia arriba y hacia abajo la cantidad adecuada para devolver la polea móvil a su posición centrada. Cuando el bastidor se desplaza, ocasiona que la herramienta de corte rotatoria corte la pieza de trabajo. A medida que la herramienta de corte copia la posición del sensor, el patrón que corte duplicará el patrón original. En este sistema de retroalimentación, el punto de ajuste es la profundidad del patrón o posición del sensor. La variable controlada es la posición de la herramienta de corte o, de forma equivalente, la posición del bastidor móvil. Los demás componentes del sistema actúan como las mismas funciones del diagrama de bloques de la figura 9-4.

Sistema de control de temperatura bimetálica

La figura 9-6 muestra un método popular de control de temperatura que se utiliza para los sistemas de calefacción doméstica y en algunos sistemas industriales. La tira espiral bimetálica está inmersa en el medio cuya temperatura se controla. Ya que los dos componentes metálicos tienen distintos coeficientes de expansión, el espiral se desenrolla o se enrolla más según los cambios de temperatura. Suponga en este ejemplo que la tira espiral está construida con el metal con mayor coeficiente de expansión por dentro de forma que el espiral se desenrolla cuando la temperatura se eleva. Conectado al extremo de la espiral se encuentra un interruptor de mercurio, un bulbo de vidrio sellado que contiene mercurio líquido y dos electrodos. El mercurio, aunque es un líquido bajo condiciones estándar, es un metal y un excelente conductor eléctrico. Cuando el interruptor de mercurio se inclina a la derecha (rota en dirección de las manecillas de reloj) el

mercurio se escurre al lado derecho del bulbo y abre, “rompe” la conexión eléctrica entre los electrodos. Cuando el interruptor se inclina a la izquierda (rota en dirección opuesta a las manecillas del reloj) el mercurio fluye al lado izquierdo del bulbo y forma una conexión eléctrica entre los electrodos. Cuando el interruptor de mercurio se encuentra abierto, el solenoide de gas se desactiva y la válvula de control de gas se cierra, deteniendo el flujo de gas natural a través de la tubería hacia el quemador. Cuando el interruptor de mercurio se cierra, activa el solenoide de gas, abriendo la válvula de control de gas y permitiendo que el gas natural fluya hacia el quemador. El selector al que está conectado el centro de la tira espiral bimetálica es rotativo. La posición de este selector establece la posición inicial de la tira espiral. La posición inicial de la tira espiral determina la temperatura deseada. Así es como funciona el sistema. Si la temperatura está por debajo de la temperatura de control deseada, la tira espiral bimetálica tenderá a enrollarse. Esto ocasiona que el interruptor de mercurio se cierre, activando el solenoide de gas y encendiendo el quemador. A medida que la temperatura se eleva debido al calor liberado por el consumo del gas natural, la tira bimetálica se desenrolla. A cierta temperatura, la tira se habrá desenrollado lo suficiente para abrir el interruptor de mercurio. Esto apagará el quemador. Con el quemador apagado, la temperatura lentamente caerá hasta que ocasione que la tira se enrolle lo suficiente para cerrar el interruptor de mercurio. El quemador entonces se encenderá para elevar nuevamente la temperatura. De esta forma el sistema continuará manteniendo la temperatura real cerca de la temperatura deseada. El selector rotativo conectado al apuntador de configuración comprende el punto de ajuste del diagrama de bloques generalizado. Para elevar el punto de ajuste, el apuntador de configuración se desplaza a la derecha. El valor medido del diagrama de bloques es la cantidad que la tira espiral bimetálica se enrolla. El comparador es el bulbo de mercurio, la posición del mercurio puede ser considerada la señal de error. El mercurio en combinación con los electrodos forman el controlador. El dispositivo de corrección final es la combinación de la válvula del solenoide de gas con el quemador. Puede asumir la perspectiva de que la válvula de solenoide es parte del controlador y que sólo el quemador representa el dispositivo de corrección final. Esta perspectiva es también razonable y puede fácilmente adoptarse. Señala que puede no existir una correspondencia uno a uno definitiva entre los componentes del sistema real y los bloques en el diagrama de bloques generalizado de la figura 9-3. La correspondencia puede resultar poco definida.

 Sistema de control de presión mediante un posicionador accionado por motor

Considere el sistema de control de la figura 9-7. La presión en un cierto punto dentro de una cámara del proceso se debe mantener a un valor deseado. El método de ajuste es el amortiguador de posición variable, que es controlado por un motor de posicionamiento de lento movimiento. Si el amortiguador en el ducto de admisión se abre un poco, la presión dentro de la cámara tenderá a elevarse. Si el amortiguador se cierra para restringir la afluencia, la presión en la cámara tenderá a caer. Como generalmente se hace, el motor de posicionamiento es accionado por un amplificador cuyo voltaje de entrada proviene de un puente de Wheatstone. La presión del proceso es detectada por un fuelle. A medida que la presión se eleva, el fuelle se expande, ocasionando que su superficie izquierda presione contra el resorte de compresión. El fuelle está ligado al brazo del selector del potenciómetro de error de presión de forma que cuando la presión se incrementa, el brazo del selector se mueve hacia la parte superior de la figura 9-7. Por tanto, si el sistema experimenta una perturbación que ocasione que la presión se eleve por encima del valor deseado, el fuelle desplazará el brazo del selector del potenciómetro de error de presión hacia arriba. Esto ocasionará un desbalance temporal del circuito puente, de forma que se aplicará un voltaje a la entrada del amplificador.

La salida del amplificador accionará entonces al motor en la dirección correcta para desplazar el brazo del selector del potenciómetro del lado izquierdo hacia arriba. Cuando esto sucede, la articulación del motor cierra el amortiguador de control. Cuando el movimiento del selector del potenciómetro del extremo izquierdo es equivalente al movimiento del selector del potenciómetro del extremo derecho, el puente regresará al balance y todo movimiento se detendrá. El amortiguador terminará en una posición más cerrada, limitando de este modo el incremento de presión a una menor cantidad. En este sistema el punto de ajuste es el tornillo de ajuste del resorte de compresión, el cual puede alterar la fuerza que el resorte ejerce sobre la superficie de los fuelles. El dispositivo de medición es el propio fuelle. La baja presión ocasiona que el fuelle se contrae, desplazando a la derecha; la alta presión ocasiona que el fuelle se expanda, desplazando a la izquierda. El comparador está formado por la combinación del resorte de compresión, el fuelle y el brazo del potenciómetro. La posición del brazo del potenciómetro representa la señal de error. Suponiendo que la posición media exacta significa un error cero, las posiciones hacia arriba indicarán errores positivos (un valor medido mayor al punto de ajuste) y las posiciones hacia abajo indicarán errores negativos (un valor medido menor al punto de ajuste). La combinación del puente de Wheatstone, el amplificador y el motor de posicionamiento pueden considerarse que forman el controlador. El amortiguador de posición variable es el elemento de corrección final.

Fuente: 

Electrónica Industrial Moderna 

 Timothy J. Maloney

5a. Edición

Ed. Prentice Hall