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Concepto de Programa Software

Un programa informático o programa de computadora es una secuencia de instrucciones, escritas para realizar una tarea específica en una computadora.1 Este dispositivo requiere programas para funcionar, por lo general, ejecutando las instrucciones del programa en un procesador central.2 El programa tiene un formato ejecutable que la computadora puede utilizar directamente para ejecutar las instrucciones. El mismo programa en su formato de código fuente legible para humanos, del cual se derivan los programas ejecutables(por ejemplo, compilados), le permite a un programador estudiar y desarrollar sus algoritmos. Una colección de programas de computadora y datos relacionados se conoce como software.

Generalmente el código fuente lo escriben profesionales conocidos como programadores de computadora.3 Este código se escribe en un lenguaje de programación que sigue uno de los siguientes dos paradigmas: imperativo o declarativo, y que posteriormente puede ser convertido en un archivo ejecutable (usualmente llamado un programa ejecutable o un binario) por un compilador y más tarde ejecutado por una unidad central de procesamiento. Por otra parte, los programas de computadora se pueden ejecutar con la ayuda de un intérprete, o pueden ser empotrados directamente en hardware.

De acuerdo a sus funciones, los programas informáticos se clasifican en software de sistema y software de aplicación. En las computadoras actuales, al hecho de ejecutar varios programas de forma simultánea y eficiente, se le conoce como multitarea.

Típicamente, los programas se almacenan en una memoria no volátil(por ejemplo un disco), para que luego el usuario de la computadora, directa o indirectamente, solicite su ejecución. Al momento de dicha solicitud, el programa es cargado en la memoria de acceso aleatorio o RAM del equipo, bajo el control del software llamado sistema operativo, el cual puede acceder directamente al procesador. El procesador ejecuta (corre) el programa, instrucción por instrucción hasta que termina. A un programa en ejecución se le suele llamar también proceso. Un programa puede terminar su ejecución en forma normal o por causa de un error, dicho error puede ser de software o de hardware.

Programas empotrados en Hardware

Algunos programas están empotrados en el hardware. Una computadora con arquitectura de programas almacenados requiere un programa inicial almacenado en su ROM para arrancar. El proceso de arranque es para identificar e inicializar todos los aspectos del sistema, desde los registros del procesador,controladores de dispositivos hasta el contenido de la memoria RAM.8 Seguido del proceso de inicialización, este programa inicial carga al sistema operativo e inicializa al contador de programa para empezar las operaciones normales.

Independiente de la computadora, un dispositivo de hardware podría tener firmware empotrado para el control de sus operaciones. 

Mas adelante veremos que existen otras formas de cargar programas en dispositivos por ejemplo de forma manual.

Los programas históricamente se cargaron manualmente al procesador central mediante interruptores. Una instrucción era representada por una configuración de estado abierto o cerrado de los interruptores. Después de establecer la configuración, se ejecutaba un botón de ejecución. Este proceso era repetitivo. También, históricamente los programas se cargaban manualmente mediante una cinta de papel o tarjetas perforadas. Después de que el programa se cargaba, la dirección de inicio se establecía mediante interruptores y el botón de ejecución se presionaba.10

Clasificación Funcional

 Estas categorías funcionales son software de sistema y software de aplicación. El software de sistema incluye al sistema operativo el cual acopla el hardware con el software de aplicación.13 El propósito del sistema operativo es proveer un ambiente en el cual el software de aplicación se ejecuta de una manera conveniente y eficiente.13 Además del sistema operativo, el software de sistema incluye programas utilitarios que ayudan a manejar y configurar la computadora. Si un programa no es software de sistema entonces es software de aplicación. El middleware también es un software de aplicación que acopla el software de sistema con la interfaz de usuario. También son software de aplicación los programas utilitarios que ayudan a los usuarios a resolver problemas de aplicaciones, como por ejemplo la necesidad de ordenamiento.

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Definición de   sistema operativo

El conjunto de programas informáticos que permite la administración eficaz de los recursos de una computadora es conocido como sistema operativo o software de sistema. Estos programas comienzan a trabajar apenas se enciende el equipo, ya que gestionan el hardware desde los niveles más básicos y permiten además la interacción con el usuario.

Permite controlar las asignaciones de memoria, ordenar las solicitudes al sistema, controlar los dispositivos de entrada y salida, facilitar la conexión a redes y el manejo de archivos.

Cabe destacar que los sistemas operativos no funcionan sólo en las computadoras. Por el contrario, este tipo de sistemas se encuentran en la mayoría de los dispositivos electrónicos que utilizan microprocesadores: el software de sistema posibilita que el aparato cumpla con sus funciones (por ejemplo, un teléfono móvil o un reproductor de DVD).

El sistema operativo cumple con cinco funciones básicas: el suministro de interfaz al usuario, la administración de recursos, la administración de archivos, la administración de tareas y el servicio de soporte y utilidades.

En cuanto a la interfaz al usuario, el sistema se encarga de que el sujeto pueda cargar programas, acceder a archivos y realizar otras tareas con la computadora. La administración de recursos permite la dirección del hardware, incluyendo los periféricos y la red. El software de sistema también se encarga de la gestión de archivos, al controlar la creación, la eliminación y el acceso a los mismos, y de la administración de las tareas informáticas que llevan adelante los usuarios finales.

Por último, podemos mencionar que el servicio de soporte se encarga de actualizar las versiones, mejorar la seguridad del sistema, agregar nuevas utilidades, controlar los nuevos periféricos que se agregan a la computadora y corregir los errores del software.

Ejemplos de familias de sistemas operativos: Windows, Unix, Linux,DOS, Mac OS, etc.

Características básicas

En computadoras, el sistema operativo comienza a funcionar cuando finaliza el trabajo del BIOS al encenderse o reiniciar la computadora.

Los sistemas operativos poseen una interfaz que puede ser gráfica (GUI) o de texto (línea de comandos).

Los sistemas operativos forman una plataforma para que otros sistemas o aplicaciones la utilicen. Aquellas aplicaciones que permiten ser ejecutadas en múltiples sistemas operativos son llamadas multiplataforma.

La mayoría de los sistemas operativos actuales son también multiusuario, aunque existen los monousuario (por ejemplo, DOS)

También pueden clasificarse en multitarea o monotarea. Cada programa que se ejecuta en un sistema operativo, ya sea aplicación o servicio de fondo, es llamado proceso.

Los sistemas operativos pueden ser centralizados, si permiten utilizar recursos de una sola computadora, o distribuido si permiten utilizar recursos de más de una computadora al mismo tiempo.

Todos los sistemas operativos deben incluir un soporte para uno o más sistemas de archivos. Por ejemplo, el sistema operativo Windows XP soporta NTFS y FAT32, en tanto Windows Vista sólo soporta NTFS.

FAT

File Allocation Table es un sistema de archivo principal para varios sistemas operativos, la mayoría DOS, incluyendo DR-DOS, Open DOS, free DOS, MS-DOS, Microsoft Windows (incluyendo Windows Me). FAT

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también es utilizado para dispositivos extraíbles y tarjetas de memoria.

El sistema de archivos es un método para el almacenamiento y la organización de los archivos del sistema y los datos que contienen para facilitar el acceso a los mismos. El cuadro a continuación muestra en qué sistema FAT un dispositivo USB flash drive o tarjeta de memoria debería estar formateada.

hasta 2GB

4GB-32GB

64GB y superiores

Formato predeterminado para tarjetas de memoria y dispositivos flash drives

FAT16 FAT32 exFAT

NTFSNTFS es un sistema de archivos estándar para Windows NT, incluyendo las últimas versiones Windows 2000, Windows XP, Windows Vista, Windows Server 2003 y Windows Server 2008, Windows 7 y Windows 8. NTFS está destinado para su uso en las unidades del sistema de Windows (discos duros y unidades de estado sólido).

NTFS tiene varias mejoras sobre FAT como soporte mejorado para los metadatos y el uso de estructuras de datos avanzadas para la confiabilidad, y la utilización del espacio en disco, además de las extensiones adicionales como listas de control de acceso de seguridad y el diario del sistema de archivos.

Un sistema de archivos es la estructura subyacente que un equipo usa para organizar los datos de un disco duro. Si se está instalando un disco duro nuevo, se tiene que realizar las particiones y formatearlo empleando un sistema de archivos para poder comenzar a almacenar datos o programas. En Windows, las tres opciones del sistema de archivos que tiene para elegir son NTFS, FAT32 y la anterior y poco usada FAT (también conocida como FAT16).

NTFS

NTFS es el sistema de archivos preferido para esta versión de Windows. Tiene muchos beneficios respecto al sistema de archivos FAT32, entre los que se incluye:

La capacidad de recuperarse a partir de algunos errores relacionados con el disco automáticamente, lo que FAT32 no puede hacer. Compatibilidad mejorada para discos duros más grandes.

Mejor seguridad porque puede utilizar permisos y cifrado para restringir el acceso a archivos específicos para usuarios aprobados.

FAT32

FAT32, y el menos usado FAT, se usan en versiones anteriores de sistemas operativos de Windows, incluyendo Windows 95, Windows 98 y Windows Millennium Edition. FAT32 no tiene la seguridad que NTFS proporciona, por lo que si tiene una partición FAT32 o volumen en el equipo, cualquier usuario que tenga acceso al equipo puede leer el archivo incluido. FAT32 también tiene limitaciones de tamaño. No puede crear una partición FAT32 mayor que 32GB en esta versión de Windows y no puede almacenan un archivo mayor que 4GB en una partición FAT32.

También deben tomar medidas de seguridad (Ver Seguridad informática), que antes no existían en los sistemas operativos. El principal peligro proviene de las redes como internet.

Otra característica de los actuales sistemas operativos es que poseen un gran conjunto de controladores (drivers) para permitir rápida compatibilidad con dispositivos de hardware.

Características de los sistemas operativos gráficos

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- La característica principal es que presentan elementos gráficos para facilitar la interactividad con el usuario humano: menús, cuadros de texto, cuadros de diálogos, barras de desplazamiento, barras de título, botones, íconos, etc.

- Los S.O. más avanzados presentan animaciones, sonidos, imágenes, fuentes y tamaños de texto variados, etc. que mejoran la experiencia del usuario.

- Usualmente emplean un cursor para controlarlos que puede moverse con el ratón (mouse), un touchpad, joystick o lápiz. Actualmente los S.O. gráficos pueden controlarse de forma táctil con los dedos o un lápiz especial e incluso con gestos especiales.

Clasificación de los Sistemas Operativos

Los sistemas operativos pueden ser clasificados de la siguiente forma:

Multiusuario: Permite que dos o más usuarios utilicen sus programas al mismo tiempo. Algunos sistemas operativos permiten a centenares o millares de usuarios al mismo tiempo. Multiprocesador: soporta el abrir un mismo programa en más de una CPU.

Multitarea: Permite que varios programas se ejecuten al mismo tiempo.

Multitramo: Permite que diversas partes de un solo programa funcionen al mismo tiempo.

Tiempo Real: Responde a las entradas inmediatamente. Los sistemas operativos como DOS y UNIX, no funcionan en tiempo real.

Cómo funciona un Sistema Operativo

Los sistemas operativos proporcionan una plataforma de software encima de la cual otros programas, llamados aplicaciones, puedan funcionar. Las aplicaciones se programan para que funcionen encima de un sistema operativo particular, por tanto, la elección del sistema operativo determina en gran medida las aplicaciones que puedes utilizar.

Los sistemas operativos más utilizados en los PC son DOS, OS/2, y Windows, pero hay otros que también se utilizan, como por ejemplo Linux.

Cómo se utiliza un Sistema Operativo

Un usuario normalmente interactúa con el sistema operativo a través de un sistema de comandos, por ejemplo, el sistema operativo DOS contiene comandos como copiar y pegar para copiar y pegar archivos respectivamente. Los comandos son aceptados y ejecutados por una parte del sistema operativo llamada procesador de comandos o intérprete de la línea de comandos. Las interfaces gráficas permiten que utilices los comandos señalando y pinchando en objetos que aparecen en la pantalla.

Ejemplos de Sistema Operativo

A continuación detallamos algunos ejemplos de sistemas operativos:

Familia Windows

Windows 95 Windows 98

Windows ME

Windows NT

Windows 2000

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Windows 2000 server

Windows XP

Windows Server 2003

Windows CE

Windows Mobile

Windows XP 64 bits

Windows Vista (Longhorn)

Familia Macintosh

Mac OS 7 Mac OS 8

Mac OS 9

Mac OS X

Familia UNIX

AIX AMIX

GNU/Linux

GNU / Hurd

HP-UX

Irix

Minix

System V

Solaris

UnixWare

Sistemas de controlIntroducciónEl hombre ha utilizado herramientas para satisfacer sus necesidades. Por ejemplo, descubrió, quizá por casualidad, cómo obtener fuego para proporcionarse calor y cocinar sus alimentos. Lo hizo frotando enérgicamente dos trozos de cierta piedra (pedernal).

La piedra era su herramienta. Hoy en día, se dispone de pequeños y económicos encendedores que permiten disponer inmediatamente de fuego. Si se los observa con atención, se verá que tienen una pequeña piedra, que cuando es rozada por la medita metálica que hacemos girar, desprende chispas que encienden el gas.

Precisamente, el material con que está hecha esa pequeña piedra es, en esencia, el mismo que utilizaban nuestros antepasados de las cavernas. En la actualidad lo encontramos, junto con un tanque de gas, una válvula que regula su salida, una entrada de oxígeno y hasta otra válvula de recarga formando parte de un sistema: el encendedor.

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Cada componente, por sí mismo, no puede proporcionar fuego, pero sí puede hacerlo el conjunto.

 

Características y tipos de sistemas de control Un encendedor, una bicicleta y un automóvil son sistemas que funcionan sólo si cuentan con todos sus componentes y éstos desarrollan sus funciones en forma simultánea.

Un sistema es un conjunto de elementos o dispositivos que interactúan para cumplir una función determinada. Se comportan en conjunto como una unidad y no como un montón de piezas sueltas.

El comportamiento de un sistema cambia apreciablemente cuando se modifica o reemplaza uno de sus componentes; también, si uno o varios de esos componentes no cumplen la función para la cual fueron diseñados. Entonces, resulta necesario controlar cada elemento en forma independiente, o bien, el resultado final de todo el sistema.

Se puede controlar la batería de un auto, la presión de los neumáticos, la temperatura del agua de refrigeración o la presión de aceite: batería, neumáticos, agua de refrigeración y aceite son algunos de los componentes de un automóvil. Pero, además, es posible controlar la velocidad del auto, que es el resultado del funcionamiento del motor en su conjunto.

 Consideremos, por ejemplo:Una cocina como "sistema integral hogareño de cocción de alimentos".

¿Cómo hacemos para supervisar la temperatura del horno para cocinar una torta?Primero, encendemos el horno, y luego, giramos la perilla que lo identifica. Con este accionar, se modifica la apertura de la válvula que regula la cantidad de gas que llega al quemador del horno, y de esta manera su temperatura final.

Esta operación permitirá accionar en forma manual el sistema de control de la temperatura del horno. Lo haremos teniendo en cuenta nuestra experiencia anterior o las indicaciones de la receta que leímos en un libro, para que el resultado sea el esperado. Hemos controlado el proceso.

Ahora bien, a medida que el hombre y las, técnicas por él desarrolladas evolucionaron, las máquinas dejaron de ser herramientas que realizaban una sola operación para ejecutar varias de manera consecutiva y simultánea. Entonces, los procesos resultaron más Complejos, más costosos y de mayor duración. Por lo tanto, no fue posible controlar el sistema manualmente, sino que se hizo necesario el empleo de diversos mecanismos.

Por ejemplo:Consideremos una pequeña planta embotelladora de vino. Hace algunos años, para que una máquina colocara el corcho a presión, una empleada debía sostener la botella ya llena en forma manual. Hoy en día, una máquina llena la botella vacía, la tapa y hasta le coloca la etiqueta en pocos segundos. Y, aun más, todo esto lo hace simultáneamente con varios envases. Es decir que, con el tiempo, se no se hacen más operaciones individuales, y se pasa a realizar procesos o conjuntos de operaciones vinculadas entre sí.

¿Qué hace que nuestra máquina embotelladora funcione adecuadamente, tome sólo una botella por vez, no pegue tres etiquetas en cada envase, o deje de funcionar si el líquido que envasa se ha terminado?

 

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Pues de esto se ocupa el control automático de procesos.

La aplicación de sistemas de control a los artefactos electrodomésticos ha mejorado la vida de las personas. Por ejemplo, antes se usaban las planchas que funcionaban con carbón. Más tarde, las abuelas utilizaron pesadas planchas eléctricas, que tardaban mucho tiempo en calentar, y cuya temperatura resultaba muy difícil de regular. Hoy en día, las planchas son livianas y cómodas, regulan la temperatura según el tipo de tela, rocían la ropa con vapor, etcétera.

Pero los cambios tecnológicos incidieron sobre todo en la actividad industrial. Infinidad de tareas, realizadas hasta hace poco en forma manual, hoy se efectúan mecánicamente. Más aún, los controles automáticos se han generalizado por completo en el mundo de la industria. En consecuencia, las industrias requieren menos operarios "manuales" y más personal especializado, por ejemplo, técnicos electricistas, electrónicos e informáticos, capaces de montar, controlar, corregir y reparar los sistemas implementados. La capacitación técnica resulta, entonces, imprescindible para poder acceder a estos nuevos puestos de trabajo.

 

Tipos de control

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El control de un sistema se efectúa mediante un conjunto de componentes mecánicos, hidráulicos, eléctricos y/o electrónicos que, interconectados, recogen información acerca del funcionamiento, comparan este funcionamiento con datos previos y, si es necesario, modifican el proceso para alcanzar el resultado deseado. Este conjunto de elementos constituye, por lo tanto, un sistema en sí mismo y se denomina sistema de control. Para estudiarlo, es necesario suponer que sus componentes forman conjuntos, que reciben una orden o entrada y producen una respuesta o salida. Estos conjuntos se representan gráficamente en forma de rectángulos o bloques vinculados por flechas, las cuales muestran las conexiones que existen entre aquéllos y los efectos que producen. La forma más simple para esquematizar un proceso de control es un bloque sobre el que incide una entrada y se genera una salida. Por ejemplo, para la regulación de la temperatura de un horno.

Sistemas de control manuales y automáticos Los sistemas de control pueden ser manuales o automáticos. Sistema Manual Para obtener una respuesta del sistema, interviene el hombre sobre el elemento de control.La acción del hombre es, entonces, la que actúa siempre sobre el sistema (cierra o abre, acciona un interruptor, aprieta el freno...), para producir cambios en el funcionamiento. Encontramos sistemas de control manuales, por ejemplo, en: El frenado de un auto.El encendido y el apagado de las luces en una habitación.La operación de la hornalla de gas de una cocina.El control del agua de una canilla.Etc. Sistema Automático El sistema da respuesta sin que nadie intervenga de manera directa sobre él, excepto en la introducción de condiciones iniciales o de consigna.El sistema “opera por sí solo”, efectuando los cambios necesarios durante su funcionamiento. Así, se reemplaza el operador humano por dispositivos tecnológicos que operan sobre el sistema (relés, válvulas motorizadas, válvulas solenoides, actuadores,

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interruptores, motores, etc.). Encontramos sistemas automáticos de control en, por ejemplo: Heladeras.Termotanques.Alumbrado público.Piloto automático de un avión.Equipos de aire acondicionado. Lazos de control Ya consideramos una de las particularidades que presentan los sistemas de control, la que nos permitió diferenciarlos entre manuales y automáticos.Los sistemas de control, además, pueden ser caracterizados por lo que se denomina lazos de control. Por Ejemplo: Supongamos que necesitamos hervir el agua fría que llena una cacerola, en una cocina a gas. 

La primera posibilidad es que encendamos la hornalla de la cocina, regulemos la llama del fuego, coloquemos la cacerola sobre la hornalla y nos retiremos a realizar otras actividades. ¿Qué ocurre, entonces? El agua comienza a calentarse, aumentando su temperatura, hasta que comienza a hervir; cuando llega a la temperatura de ebullición y la llama de la hornalla sigue encendida y el agua, tal vez, se desborde de la cacerola, con el riesgo de que se puede apagar la llama de la hornalla y continuar saliendo gas–. La segunda posibilidad es que encendamos la hornalla de gas, regulemos la llama del fuego, coloquemos la cacerola sobre la hornalla y permanezcamos frente a la cocina observando el agua de la cacerola. ¿Qué ocurre, en esta situación? El agua comienza a calentarse, aumentando su temperatura, hasta que comienza a hervir; cuando llega a este punto, actuamos sobre la llave de la hornalla disminuyendo, poco a poco, la llama del gas, hasta que –llegado el punto de ebullición del agua– cerramos totalmente el paso de gas, apagándose así, la llama  de la hornalla. 

Podemos detectar que, en la primera situación, el hecho de que el agua esté hirviendo (salida del sistema) no tiene ninguna acción sobre la llama de la hornalla (entrada del sistema).En cambio, en la segunda posibilidad observamos que, al iniciarse el proceso de ebullición (salida del sistema), la persona presente comienza a actuar sobre la llave de gas de la hornalla, disminuyendo la llama (entrada del sistema) hasta apagarla.En el primer caso, estamos ante un sistema de control de lazo abierto; en la segundo, ante un sistema de control de lazo cerrado.

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SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE CONTROL

Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, es decir sin intervención de agentes exteriores (incluido el factor humano), corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento.Actualmente, cualquier mecanismo, sistema o planta industrial presenta una parte actuadora, que corresponde al sistema físico que realiza la acción, y otra parte de mando o control, que genera las órdenes necesarias para que esa acción se lleve o no a cabo.Para explicar el fundamento de un sistema de control se puede utilizar como ejemplo un tirador de arco. El tirador mira a la diana, apunta y dispara. Si el punto de impacto resulta bajo, en el próximo intento levantará más el arco; si la flecha va alta, en la siguiente tirada bajará algo más el arco; y así sucesivamente, hasta que consiga la diana. El tirador sería el elemento de mando (da las órdenes de subir o bajar el brazo) y su brazo el elemento actuador.En el ejemplo expuesto se observa que el objetivo se asegura mediante el método de prueba y error. Lógicamente los sistemas de control, al ser realizados por ordenadores o por otros medios analógicos, son más rápidos que en el caso del tirador.Se puede mejorar el modelo sustituyendo el tirador por un soldado con un arma láser, que está continuamente disparando. El soldado es el elemento de mando en el sistema, y la mano con la que se sostiene el arma el elemento actuador.En Automática se sustituye la presencia del ser humano por un mecanismo, circuito eléctrico, circuito electrónico o, más modernamente por un ordenador. El sistema de control será, en este caso automático.Un ejemplo sencillo de sistema automático lo constituye el control de temperatura de una habitación por medio de un termostato, en el que se programa una temperatura de referencia que se considera idónea. Si en un instante determinado la temperatura del recinto es inferior a la deseada, se producirá calor, lo que incrementará la temperatura hasta el valor programado, momento en que la calefacción se desconecta de manera automática.

Necesidad y aplica c iones de los s i stemas automáticos de control

En la actualidad los sistemas automáticos juegan un gran papel en muchos campos, mejorando nuestra calidad de vida:- En los procesos industriales:

- Aumentando las cantidades y mejorando la calidad del producto, gracias a la producción en serie y a las cadenas de montaje.

- Reduciendo los costes de producción.- Fabricando artículos que no se pueden obtener por otros medios.

- En los hogares: Mejorando la calidad de vida. Podríamos citar desde una lavadora hasta un control inteligente de edificios (domótica).- Para los avances científicos: Un claro ejemplo lo constituyen las misiones espaciales.- Para los avances tecnológicos: por ejemplo en automoción es de todos conocidos los limpiaparabrisas inteligentes, etc.Como se puede observar las aplicaciones son innumerables. De esta manera surge toda una teoría, La Regulación Automática, dedicada al estudio de los sistemas automáticos de control.

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CONCEPTOS

Variables del sistema: son todas las magnitudes, sometidas a vigilancia y control, que definen el comportamiento de un sistema (velocidad, temperatura, posición, etc.).Entrada: es la excitación que se aplica a un sistema de control desde una fuente de energía externa, con el fin de provocar una respuesta.Salida: es la respuesta que proporciona el sistema de control.Perturbación: son las señales no deseadas que influyen de forma adversa en el funcionamiento del sistema. Por ejemplo abrir una ventana representa una perturbación en el sistema de control de temperatura mediante termostato.Planta: sistema sobre el que pretendemos actuar.Sistema: es un conjunto de elementos interrelacionados capaces de realizar una operación dada o de satisfacer una función deseada.Entrada de mando: señal externa al sistema que condiciona su funcionamiento.Señal de referencia: es una señal de entrada conocida que nos sirve para calibrar al sistema.Señal activa: también denominada señal de error. Representa la diferencia entre la señal de entrada y la realimentada.Unidad de control: gobierna la salida en función de una señal de activación.Unidad de realimentación: está formada por uno o varios elementos que captan la variable de salida, la acondicionan y trasladan a la unidad de comparación.Actuador: es un elemento que recibe una orden desde el regulador o controlador y la adapta a un nivel adecuado según la variable de salida necesaria para accionar el elemento final de control, planta o proceso.Transduc t or: transforma una magnitud física en otra que es capaz de interpretar el sistema.Amplifica d or: nos proporciona un nivel de señal procedente de la realimentación, entrada, comparador, etc, adecuada al elemento sobre el que actúa.De acuerdo con su naturaleza los sistemas de control pueden ser:

Sistemas naturales: por ejemplo la transpiración o control de la temperatura del cuerpo humano. La entrada del sistema es la temperatura habitual de la piel, y la salida, su temperatura actual. Si esta última es elevada, la sudoración aumenta para que, por evaporación, se produzca un enfriamiento de la piel. A medida que la temperatura va decreciendo, se va disminuyendo la secreción de sudor.

Sistemas realizados por el h ombre : por ejemplo el control de temperatura mediante termostato. La entrada del sistema es la temperatura de referencia que se considera idónea y se programa en el termostato; y la salida del sistema es la temperatura de una habitación. Si la temperatura de salida es menor que la de entrada, se producirá calor hasta conseguir que la temperatura de la habitación sea igual a la de referencia, momento en que la calefacción se desconecta de modo automático.

Sistemas mixto s : son mezcla de los anteriores. Un ejemplo sería una persona que maneja un automóvil. La entrada es la dirección de la carretera, y la salida la dirección del automóvil. Por medio del cerebro, los ojos, las manos….., y también el vehículo, el conductor controla y corrige la salida para ajustarla a la entrada. Otro ejemplo sería el de una persona que se está duchando. La entrada sería la temperatura ideal del agua de la ducha, y la salida es la temperatura a la que realmente se encuentra el agua. La persona abre o cierra los grifos de agua fría y caliente, ejerciendo control sobre la temperatura del agua.

REPRESENTACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL. DIAGRAMAS DE BLOQUES

Un proceso o sistema de co n trol es un conjunto de elementos interrelacionados capaces de realizar una operación dada o de satisfacer una función deseada.

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Los sistemas de control se pueden representar en forma de diagramas de bloques, en los que se ofrece una expresión visual y simplificada de las relaciones entre la entrada y la salida de un sistema físico.A cada componente del sistema de control se le denomina elemento, y se representa por medio de un rectángulo.El diagrama de bloques más sencillo es el bloque simple, que consta de una sola entrada y de una sola salida.

La interacción entre los bloques se representa por medio de flechas que indican el sentido de flujo de la información.En estos diagramas es posible realizar operaciones de adición y de sustracción, que se representan por un pequeño círculo en el que la salida es la suma algebraica de las entradas con sus signos. También se pueden representar las operaciones matemáticas de multiplicación y división como se muestra en la siguiente figura:

TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL

Los sistemas de regulación se pueden clasificar en:

Sistemas de bucle o lazo abierto: son aquellos en los que la acción de control es independiente de la salida.

Sistemas de bucle o lazo cerrado: son aquellos en los que la acción de control depende en cierto modo, de la salida.

Sistemas de control en lazo abiertoUn sistema de control en lazo o bucle abierto es aquél en el que la señal de salida no influye sobre la señal de entrada. La exactitud de estos sistemas depende de su calibración, de manera que al calibrar se establece una relación entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada.El diagrama de bloque de un sistema en lazo abierto es:

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El sistema se controla bien directamente, o bien mediante un transductor y un actuador. Elesquema típico del sistema será, en este caso:

El transductor modifica o adapta la naturaleza de la señal de entrada al sistema de control.

En el caso del sistema de control de la temperatura de una habitación, para que sea un sistema abierto es necesario que no exista termostato, de manera que siga funcionando permanentemente. La entrada del sistema sería la temperatura ideal de la habitación; la planta o proceso sería la habitación y la salida sería la temperatura real de la habitación. El transductor podría ser un dial en el que definamos el tiempo de funcionamiento y el actuador el propio foco de calefacción (caldera o radiador).

El actuador o accionador modifica la entrada del sistema entregada por el transductor (normalmente amplifica la señal).Una lavadora automática sería un claro ejemplo de sistema de control en lazo abierto. La blancura de la ropa (señal de salida) no influye en la entrada. La variable tiempo presenta una importancia fundamental: si está bien calibrada, cada proceso durará el tiempo necesario para obtener la mejor blancura.Otro ejemplo de sistema en lazo abierto sería el alumbrado público controlado por interruptor horario. El encendido o apagado no depende de la luz presente, sino de los tiempos fijados en el interruptor horario.

Como vemos los sistemas de lazo abierto dependen de la variable tiempo y la salida no depende de la entrada.El principal inconveniente que presentan los sistemas de lazo abierto es que son extremadamente sensibles a las perturbaciones. Por ejemplo si en una habitación se ha conseguido una temperatura idónea y se abre una puerta o ventana (perturbación) entraría aire frío, de manera que el tiempo necesario para obtener dicha temperatura sería diferente.

Sistemas de control en lazo cerrado

Si en un sistema en lazo abierto existen perturbaciones, no se obtiene siempre la variable de salida deseada. Conviene, por tanto, utilizar un sistema en el que haya una relación entre la salida y la entrada.Un sistema de control de lazo cerrado es aquél en el que la acción de control es, en cierto modo, dependiente de la salida. La señal de salida influye en la entrada. Para esto es necesario que la entrada sea modificada en cada instante en función de la salida. Esto se consigue por medio de lo que llamamos realimentación o retroalimentación (feedback).La realimentación es la propiedad de un sistema en lazo cerrado por la cual la salida (o cualquier otra variable del sistema que esté controlada) se compara con la entrada del sistema (o una de sus entradas), de manera que la acción de control se establezca como una función de ambas.A veces también se le llama a la realimentación transductor de la señal de salida, ya que mide en cada instante el valor de la señal de salida y proporciona un valor proporcional a dicha señal.

Por lo tanto podemos definir también los sistemas de control en lazo cerrado como aquellos sistemas en los que existe una realimentación de la señal de salida, de manera que ésta ejerce un efecto sobre la acción de control.

El diagrama de bloques correspondiente a un sistema de control en lazo cerrado es:

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El controlador está formado por todos los elementos de control y a la planta también se le llama proceso.

En este esquema se observa cómo la salida es realimentada hacia la entrada. Ambas se comparan, y la diferencia que existe entre la entrada, que es la señal de referencia o consigna (señal de mando), y el valor de la salida (señal realimentada) se conoce como error o señal deerror. La señal que entrega el controlador se llama señal de control o manipulada y laentregada por la salida, señal controlada.

El error, o diferencia entre los valores de la entrada y de la salida, actúa sobre los elementos de control en el sentido de reducirse a cero y llevar la salida a su valor correcto. Se intenta que el sistema siga siempre a la señal de consigna.

El diagrama de bloques anterior se puede sustituir por el siguiente:

La salida del sistema de regulación se realimenta mediante un captador. En el comparador o detector de error, la señal de referencia (salida del transductor) se compara con la señal de salida medida por el captador, con lo que se genera la siguiente señal de error:

donde e(t) es la señal de error, r(t) la señal de referencia y b(t) la variable realimentada.

Pueden suceder dos casos:

- Que la señal de error sea nula. En este caso la salida tendrá exactamente el valor previsto.

- Que la señal de error no sea nula. Esta señal de error actúa sobre el elemento regulador que a su salida proporciona una señal que, a través del elemento accionador, influye en la planta o proceso para que la salida alcance el valor previsto y de esta manera el valor se anule.

En el ejemplo de control de temperatura de una habitación, el sistema, planta o proceso es la habitación que se quiere calentar, el transductor puede ser un dial con el que se define el grado de calentamiento, el actuador o accionador una caldera o un radiador y el captador puede ser un termómetro. Este último actúa como sensor midiendo la temperatura del recinto, para que pueda ser comparada con la de referencia.

El regulador o controlador es el elemento que determina el comportamiento del bucle, por lo que debe ser un componente diseñado con gran precisión. Es el cerebro del bucle de control.

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Mientras que la variable controlada se mantenga en el valor previsto, el regulador no actuará sobre el elemento accionador. Pero si el valor de la variable se aleja del prefijado, el regulador modifica su señal, ordenando al accionador que actúe sobre la planta o proceso, en el sentido de corregir dicho alejamiento. El termostato del ejemplo anterior realizaría esta función.

Los sistemas en lazo cerrado son mucho menos sensibles a las perturbaciones que los de lazo abierto, ya que cualquier modificación de las condiciones del sistema afectará a la salida, pero este cambio será registrado por medio de la realimentación como un error que es en definitiva la variable que actúa sobre el sistema de control. De este modo, las perturbaciones se compensan, y la salida se independiza de las mismas.