Principios básicos.

Con pocas y relativamente poco importantes excepciones, todos los sistemas de control modernos tienen dos características fundamentales en común. Éstas pueden describirse como sigue: (1) El valor de la cantidad controlada es variado por un motor (esta palabra se utiliza en un sentido generalizado), que obtiene su energía de una fuente local en lugar de una señal entrante. De este modo, se dispone de una gran cantidad de energía para efectuar las variaciones necesarias de la cantidad controlada y para garantizar que las operaciones de variación de la cantidad controlada no carguen ni distorsionen las señales de las que depende la precisión del control. (2) La velocidad a la que se suministra energía al motor para efectuar variaciones en el valor de la cantidad controlada se determina más o menos directamente por alguna función de la diferencia entre los valores reales y deseados de la cantidad controlada. Así, por ejemplo, en el caso de un sistema de calefacción termostática, el suministro de combustible al horno se determina en función de si la temperatura real es mayor o menor que la deseada. Un sistema de control que posee estas características fundamentales se denomina sistema de control de bucle cerrado, o servomecanismo (véase la figura). Los sistemas de control de lazo abierto son sistemas de avance.

La estabilidad de un sistema de control está determinada en gran medida por su respuesta a una señal aplicada repentinamente, o transitoria. Si una señal de este tipo hace que el sistema se sobrecorrija, puede producirse un fenómeno denominado hunting, en el que el sistema se sobrecorrija primero en una dirección y luego se sobrecorrija en la dirección opuesta. Como la caza es indeseable, se suelen tomar medidas para corregirla. La medida correctiva más común es la adición de amortiguación en alguna parte del sistema. La amortiguación ralentiza la respuesta del sistema y evita que se produzcan excesos o sobrecorrecciones. La amortiguación puede ser en forma de resistencia eléctrica en un circuito electrónico, la aplicación de un freno en un circuito mecánico, o forzar el aceite a través de un pequeño orificio como en la amortiguación de los amortiguadores.

Otro método para determinar la estabilidad de un sistema de control es determinar su respuesta en frecuencia, es decir, su respuesta a una señal de entrada que varía continuamente a varias frecuencias. La salida del sistema de control se compara con la entrada con respecto a la amplitud y a la fase, es decir, el grado de desfase entre las señales de entrada y de salida. La respuesta en frecuencia puede determinarse experimentalmente, especialmente en los sistemas eléctricos, o calcularse matemáticamente si se conocen las constantes del sistema. Los cálculos matemáticos son especialmente útiles para los sistemas que pueden describirse mediante ecuaciones diferenciales lineales ordinarias. Los atajos gráficos también son de gran ayuda en el estudio de las respuestas del sistema.

Hay otras técnicas que entran en el diseño de los sistemas de control avanzados. El control adaptativo es la capacidad del sistema de modificar su propio funcionamiento para lograr el mejor modo de operación posible. Una definición general de control adaptativo implica que un sistema adaptativo debe ser capaz de realizar las siguientes funciones: proporcionar información continua sobre el estado actual del sistema o identificar el proceso; comparar el rendimiento actual del sistema con el rendimiento deseado u óptimo y tomar la decisión de cambiar el sistema para lograr el rendimiento óptimo definido; e iniciar una modificación adecuada para conducir el sistema de control al óptimo. Estos tres principios -identificación, decisión y modificación- son inherentes a cualquier sistema adaptativo.

El control dinámico-optimizador requiere que el sistema de control funcione de manera que se satisfaga un criterio de rendimiento específico. Este criterio suele formularse en términos de que el sistema controlado debe pasar de la posición original a la nueva en el mínimo tiempo posible o con el mínimo coste total.

El control de aprendizaje implica que el sistema de control contiene suficiente capacidad computacional para poder desarrollar representaciones del modelo matemático del sistema que se controla y puede modificar su propio funcionamiento para aprovechar este conocimiento recién desarrollado. Así, el sistema de control de aprendizaje es un desarrollo posterior del controlador adaptativo.

El control multivariable-no interactivo implica grandes sistemas en los que el tamaño de las variables internas depende de los valores de otras variables relacionadas del proceso. Por lo tanto, las técnicas de lazo único de la teoría de control clásica no serán suficientes. Deben utilizarse técnicas más sofisticadas para desarrollar sistemas de control adecuados para dichos procesos.