Los sistemas de control

Explica qué es un sistema de control usando la puerta automática del supermercado: qué detecta, qué decide y qué hace, y por qué decimos que funciona «sin que nadie le dé a un interruptor».

Todo sistema de control tiene tres partes: entradas, unidad de control y salidas. Explica qué hace cada una y pon un ejemplo de las tres en un ventilador con mando a distancia.

La figura muestra la cadena general de un sistema de control, con su eslabón central tapado.

Nombra el eslabón que falta (la unidad de control), explica qué hace con la información que le llega de las entradas y describe un sistema de control completo de tu vida diaria identificando sus tres partes.

Indica qué magnitud mide cada uno de estos sensores de entrada: un sensor de movimiento, una LDR, un termómetro y un pulsador, y nombra un aparato de tu casa que use cada uno.

Indica qué hace cada uno de estos actuadores de salida: un motor, una bombilla, un zumbador y el electroimán de una cerradura, y describe una situación en la que el mismo sistema necesite dos de ellos a la vez.

Compara un grifo que abres y cierras a mano con el termostato de la calefacción. Explica cuál de los dos comprueba el resultado de su actuación (si la casa ya está caliente) y qué significa que ese sistema «se corrige a sí mismo».

La figura muestra dos diagramas de bloques de sistemas de control; solo uno de ellos devuelve información de la salida a la entrada.

Di cuál de los dos es el lazo abierto y cuál el lazo cerrado, nombra lo que viaja por el camino marcado con ? (la realimentación: medir el resultado) y pon un ejemplo cotidiano de cada tipo de lazo.

Di si son verdaderas o falsas estas afirmaciones y justifica cada respuesta: (a) un semáforo que cambia solo por tiempo es un sistema de lazo cerrado; (b) la lavadora mide el agua y la temperatura, así que tiene realimentación; (c) en un lazo cerrado el sistema comprueba lo que ha conseguido; (d) un ventilador sin sensor corrige solo la temperatura de la habitación.

La figura muestra el diagrama de bloques del control de temperatura de una casa.

El elemento tapado compara lo que se quiere con lo que hay. Explica qué dos datos compara, qué orden envía a la caldera cuando la casa está a $19\celsius$ y cuándo está a $23\celsius$, y por qué este sistema es de lazo cerrado.

Un semáforo clásico cambia por tiempo, sin saber si hay coches esperando. Explica por qué es un sistema de lazo abierto, qué ocurre en un atasco o de madrugada y qué sensores añadirías para acercarlo a un lazo cerrado, describiendo el cambio de comportamiento.

Clasifica estos cuatro aparatos en lazo abierto o lazo cerrado y justifica cada uno: una tostadora por tiempo, una plancha con termostato, un ventilador que enciende una persona y un aire acondicionado con temperatura fijada.

Analiza la lavadora como sistema de control: cita dos entradas (nivel de agua, temperatura, tiempo), la unidad de control (su programa) y dos salidas (motor del tambor, resistencia, electroválvula). Razona por qué es un sistema de lazo cerrado aunque no la veas «pensar».

Dibuja (describiendo bloque a bloque) el diagrama de una puerta de garaje automática: qué entrada la activa (mando o sensor), qué hace la unidad de control, qué salida mueve la puerta y qué sensor de seguridad evita que cierre si hay algo debajo. ¿Es lazo abierto o cerrado en cada una de sus dos funciones?

Cuando regulas la ducha, tú eres el lazo de control. Identifica en ese proceso el sensor (tu piel), la consigna (la temperatura que te gusta), el actuador (tu mano en el grifo) y la realimentación (volver a probar el agua), y explica qué pasa cuando alguien abre otro grifo de la casa.

En un timbre de casa, el pulsador y la campana hacen papeles distintos. Clasifica cada uno como entrada o salida, explica por qué el timbre no es un sistema con realimentación y qué lo convertiría en uno (por ejemplo, una luz que confirma al visitante que ha sonado).

Los automatismos aportan seguridad, comodidad y ahorro. Pon un ejemplo real de cada ventaja (una barrera que se abre sola, la luz de escalera automática, el riego por goteo programado) y explica en uno de ellos qué ocurriría si el sistema fallara en el peor momento.

Diseña el control de un riego automático para un jardín: elige la entrada (sensor de humedad del suelo), la salida (una electroválvula) y describe la unidad de control (regar solo si el suelo está seco). Dibuja el diagrama de bloques descrito, razona por qué es de lazo cerrado y qué ventaja tiene frente a regar «por horario».

La luz de una escalera se apaga por tiempo y a veces te deja a oscuras a mitad de camino. Analiza por qué ese lazo abierto falla, diseña una mejora con realimentación (detectar que aún hay alguien dentro) y explica qué sensor usarías y dónde lo colocarías.

Compara un termostato simple (enciende y apaga según la temperatura) con uno programable (además sabe la hora y el día). Explica qué nuevas entradas tiene el segundo, qué ahorro permite (no calentar una casa vacía) y si cambia su tipo de lazo o solo su programa.

Diseña el diagrama de bloques completo de un paso de cebra con pulsador: entrada (el pulsador), unidad de control con sus tiempos (espera, ámbar, rojo, verde peatonal) y salidas (luces para coches, luz y zumbador para peatones). Razona por qué sigue siendo lazo abierto aunque tenga entrada, y qué sensor lo haría cerrado.

En un cruce, dos semáforos deben coordinarse para no ponerse en verde a la vez. Analiza el cruce como un único sistema de control con dos salidas que se condicionan, explica qué ocurre si uno falla y qué estado de emergencia (ámbar intermitente) es más seguro y por qué.

«Automático» y «lazo cerrado» no son lo mismo. Defiende esa frase con dos ejemplos: un automatismo sin realimentación (un aspersor por horario, que riega aunque llueva) y uno con realimentación (un grifo con sensor que corta al retirar las manos). ¿Qué hace falta añadir a lo primero para cerrar el lazo?

Diseña el control de un invernadero con dos variables: temperatura (ventana motorizada) y humedad (riego). Elige los sensores y actuadores, explica qué conflicto aparece cuando abrir la ventana baja también la humedad y cómo lo resolvería el programa (prioridades o rangos).

Analiza el control de crucero de un coche (mantiene la velocidad fijada): identifica consigna, sensor, actuador y realimentación, explica qué hace el sistema al subir una cuesta (acelera más para no perder velocidad) y por qué el conductor debe seguir pudiendo anularlo al instante.