Tecnología e Ingeniería · 2° Bachillerato · Control automático y robótica · 2.º Período

Sistemas de control en lazo abierto y cerrado

Introducción a la teoría de control, diagramas de bloques y funciones de transferencia. Análisis de la estabilidad y el error en sistemas realimentados.

En resumen:La teoría de control es la base de la automatización moderna. Este tema introduce a los alumnos en la distinción entre sistemas de lazo abierto (sin realimentación) y lazo cerrado (con realimentación). Se estudian los diagramas de bloques, las funciones de transferencia y cómo los sensores permiten que un sistema corrija sus propios errores para alcanzar un estado deseado.

• Competencias Clave LOMLOE
• RD 243/2022, Saberes básicos D.1
• RD 243/2022, Competencia Específica 5

Sobre este tema

La teoría de control es la base de la automatización moderna. Este tema introduce a los alumnos en la distinción entre sistemas de lazo abierto (sin realimentación) y lazo cerrado (con realimentación). Se estudian los diagramas de bloques, las funciones de transferencia y cómo los sensores permiten que un sistema corrija sus propios errores para alcanzar un estado deseado.

Este bloque desarrolla la Competencia Específica 5 de la LOMLOE, centrada en el diseño y control de sistemas. Es un tema fundamental para entender desde un termostato doméstico hasta el control de vuelo de un dron. La abstracción matemática de los diagramas de bloques se comprende mucho mejor cuando los alumnos modelan sistemas reales y ven cómo la realimentación estabiliza el comportamiento frente a perturbaciones externas.

Preguntas clave

1. ¿Qué diferencia un sistema de lazo abierto de uno de lazo cerrado?
2. ¿Cómo se simplifica un diagrama de bloques?
3. ¿Qué papel juega el sensor en la realimentación?

Atención a estas ideas erróneas

Idea errónea común

Creer que la realimentación siempre es positiva para el sistema.

Qué enseñar en su lugar

En control, usamos casi siempre realimentación negativa para reducir el error. La realimentación positiva suele llevar a la inestabilidad. Analizar el efecto de 'acople' en un micrófono ayuda a entender visualmente la inestabilidad de la realimentación positiva.

Idea errónea común

Pensar que un sistema de lazo abierto no puede ser preciso.

Qué enseñar en su lugar

Un sistema de lazo abierto puede ser muy preciso si está bien calibrado y no hay perturbaciones. El problema es que no puede reaccionar ante cambios imprevistos. Discutir casos como una impresora de papel ayuda a clarificar este punto.

Ideas de aprendizaje activo

Juego de simulación

El control de nivel de un depósito

Los alumnos usan un simulador para controlar el nivel de agua. Primero lo intentan en lazo abierto (temporizado) y luego en lazo cerrado (con sensor de nivel), comparando la precisión ante cambios en el consumo.

50 min·Individual

Piensa-pareja-comparte

Identificación de sistemas

Se presentan ejemplos cotidianos (tostadora, control de crucero de un coche, llenado de un vaso de agua). Los alumnos deben identificar si son lazo abierto o cerrado y dibujar su diagrama de bloques simplificado.

30 min·Parejas

Enseñanza entre iguales

Simplificación de bloques

En grupos, los alumnos resuelven problemas de reducción de diagramas de bloques complejos usando las reglas de álgebra de bloques, explicando cada paso a sus compañeros de otros grupos.

45 min·Grupos pequeños

Preguntas frecuentes

¿Qué es la función de transferencia?

Es un modelo matemático que relaciona la salida de un sistema con su entrada en el dominio de Laplace. Permite analizar el comportamiento dinámico y la estabilidad del sistema sin necesidad de resolver ecuaciones diferenciales complejas.

¿Cómo beneficia el aprendizaje centrado en el alumno al estudio de los sistemas de control?

El control automático es una disciplina muy teórica. Al permitir que los alumnos experimenten con simulaciones de 'prueba y error' y construyan sus propios diagramas de bloques para problemas reales, transformamos conceptos abstractos en herramientas prácticas. Esto fomenta una comprensión intuitiva de la estabilidad y la respuesta temporal de los sistemas.

¿Cuál es el papel del sensor en un lazo cerrado?

El sensor es el elemento encargado de medir la variable de salida y enviar esa información al comparador. Sin el sensor, el controlador no sabría si el sistema ha alcanzado el objetivo o si necesita realizar correcciones.

¿Qué es una perturbación en un sistema de control?

Es cualquier señal externa no deseada que afecta a la variable controlada. Un ejemplo sería la apertura de una ventana en una habitación climatizada; el sistema de control debe reaccionar para compensar esa pérdida de calor.