Ejercicios: Lazo abierto y lazo cerrado

Explica con tus palabras qué es un sistema de control en lazo abierto y qué es uno en lazo cerrado, y pon un ejemplo cotidiano de cada uno que no sea el termostato.

Define qué es la consigna (valor de referencia) de un sistema de control y escribe cuál es la consigna típica de estos tres sistemas: la calefacción de una casa, el control de crucero de un coche y el frigorífico.

La figura muestra el diagrama de bloques de un sistema en lazo cerrado, pero falta el nombre de la señal que vuelve del sensor al punto de comparación. Indica cómo se llama esa señal y explica qué información lleva y para qué se usa.

Relaciona cada término con su definición: (a) consigna, (b) error, (c) realimentación, (d) salida. Definiciones: (1) valor que se desea mantener; (2) diferencia entre el valor deseado y el valor real; (3) información sobre el estado real que vuelve a la entrada; (4) magnitud que el sistema controla.

Clasifica estos sistemas en lazo abierto o lazo cerrado y justifica cada respuesta: (a) tostadora de pan con temporizador, (b) aire acondicionado, (c) semáforo de tiempos fijos, (d) control de crucero de un coche, (e) riego de jardín con programador horario.

Verdadero o falso, justificando la respuesta con un ejemplo: «un sistema en lazo abierto corrige solo los errores que comete».

Explica qué es el comparador de un sistema en lazo cerrado: qué dos valores recibe y qué resultado entrega al controlador.

Un horno de barro se calienta con una resistencia de potencia fija y no mide nada. Indica qué elementos le faltan para funcionar en lazo cerrado y explica qué haría cada uno.

Un termostato está ajustado a una consigna de $22\ ^\circ\text{C}$ y la habitación está a $19\ ^\circ\text{C}$. Calcula el error que mide el comparador y describe qué hace el sistema hasta que el error se hace cero.

En un depósito, una boya flotante unida a una llave cierra la entrada de agua al llegar al nivel deseado. Identifica en ese sistema la consigna, el sensor, el comparador, el actuador y la variable controlada.

La figura muestra el lazo del control de crucero de un coche, con la consigna y la velocidad real indicadas. Calcula el error que falta, identifica qué elemento real hace de sensor y cuál de actuador, y explica qué orden dará el controlador.

Haz una tabla comparativa entre un ventilador de techo (lazo abierto) y un aire acondicionado (lazo cerrado) con dos ventajas y dos inconvenientes de cada uno, pensando en precisión, coste y consumo eléctrico.

Un riego por temporizador riega cada noche, llueva o no; otro sistema mide antes la humedad de la tierra. Indica qué lazo usa cada uno y explica dos problemas del primer sistema que el segundo evita.

Un lavavajillas ejecuta siempre el mismo programa, vaya lleno o medio lleno; una lavadora moderna pesa la ropa y ajusta el agua y el tiempo. Clasifica el lazo de cada aparato y razona qué ventajas aporta medir.

Una estufa eléctrica tiene tres posiciones de potencia y ningún sensor. Explica por qué trabaja en lazo abierto y describe dos cambios que la convertirían en un lazo cerrado.

Explica qué es una perturbación en un sistema de control e identifica la perturbación principal en estos lazos cerrados: (a) termostato con una ventana abierta en invierno, (b) control de crucero en una cuesta arriba, (c) llenado de un depósito con el desagüe abierto.

La figura muestra el llenado automático de un depósito mediante una boya, con el elemento que hace de comparador marcado con ?. Indica qué pieza es y cómo compara el nivel real con el deseado, y analiza qué ocurre si la boya se pincha y se llena de agua: comportamiento del sistema y riesgo, razonado en términos de error y realimentación.

Un coche con control de crucero a $100\ \text{km/h}$ entra en una cuesta arriba y su velocidad cae hasta $92\ \text{km/h}$ antes de recuperarse. Explica paso a paso qué ocurre dentro del lazo (medida, error, actuación) y razona por qué la corrección no es instantánea.

Diseña el lazo cerrado que mantiene el nivel de agua de una piscina entre dos marcas: define consigna, sensor, comparador, actuador y al menos dos perturbaciones que el sistema deberá compensar.

Un frigorífico es un lazo cerrado que mantiene unos $4\ ^\circ\text{C}$ en su interior. Si la puerta queda mal cerrada toda la noche, analiza qué le ocurre al error que mide el comparador, qué hace el compresor y qué consecuencias tiene para el consumo, el desgaste y los alimentos.

Distingue entre un cambio de consigna y una perturbación usando el mismo sistema, el control de crucero: pon un ejemplo de cada uno y explica cómo responde el lazo en cada caso.

Un alumno afirma: «el lazo cerrado siempre es mejor». Matiza la frase con dos casos en los que el lazo abierto es la opción razonable (un microondas con tiempo fijo, un grifo de lavabo) y explica el criterio que has usado para decidir.

El piloto automático de un barco mantiene el rumbo comparando la indicación de la brújula con el rumbo deseado y moviendo el timón. Dibuja o describe su diagrama de bloques completo (consigna, comparador, controlador, actuador, proceso y sensor) e identifica dos perturbaciones (viento, corriente) que el lazo debe corregir.

Un horno de cerámica del taller debe subir la temperatura despacio, mantener $1.000\ ^\circ\text{C}$ durante dos horas y enfriar de forma controlada. Diseña su lazo de control indicando sensor, actuador y perturbaciones, y razona en qué se diferencia su consigna de la de un termostato de vivienda.