miniatura|362x362px|Flux d'informació d'un controlador de bucle obert En teoria de control, un controlador de llaç obert, també anomenat controlador sense retroalimentació, és una part del llaç de control d'un sistema de control en què l'acció de control ("entrada" al sistema) és independent de la "sortida del procés", que és la variable del procés que s'està controlant."Feedback and control systems" - JJ Di Steffano, AR Stubberud, IJ Williams. Schaums outline series, McGraw-Hill 1967 No utilitza retroalimentació per determinar si la seva sortida ha aconseguit l'objectiu desitjat de l'ordre d'entrada o del punt de consigna del procés.
Hi ha molts controls de bucle obert, com ara la commutació d'encesa/apagada de vàlvules, maquinària, llums, motors o escalfadors, on se sap que el resultat del control és aproximadament suficient en condicions normals sense necessitat de retroalimentació. L'avantatge d'utilitzar el control de bucle obert en aquests casos és la reducció del nombre de components i la complexitat. Tanmateix, un sistema de bucle obert no pot corregir els errors que cometi ni corregir les pertorbacions externes, a diferència d'un sistema de control de bucle tancat.
Bucle obert i bucle tancat miniatura|Circuit superior és llaç obert i l'inferior és tancat. Fonamentalment, hi ha dos tipus de bucle de control: el control de bucle obert (prealimentació) i el control de bucle tancat (retroalimentació).
En el control de bucle obert, l'acció de control del controlador és independent de la "sortida del procés" (o "variable de procés controlada"). Un bon exemple d'això és una caldera de calefacció central controlada només per un temporitzador, de manera que s'aplica calor durant un temps constant, independentment de la temperatura de l'edifici. L'acció de control és l'encesa/apagada de la caldera, però la variable controlada hauria de ser la temperatura de l'edifici, però no ho és perquè es tracta d'un control de bucle obert de la caldera, que no dóna un control de bucle tancat de la temperatura.
En el control de bucle tancat, l'acció de control del controlador depèn de la sortida del procés. En el cas de l'analogia de la caldera, això inclouria un termòstat per controlar la temperatura de l'edifici i, per tant, retroalimentar un senyal per garantir que el controlador mantingui l'edifici a la temperatura establerta al termòstat. Per tant, un controlador de bucle tancat té un bucle de retroalimentació que garanteix que el controlador exerceixi una acció de control per donar a una sortida de procés la mateixa que l'"entrada de referència" o "punt de consigna". Per aquest motiu, els controladors de bucle tancat també s'anomenen controladors de retroalimentació.
La definició d'un sistema de control de bucle tancat segons la British Standards Institution és "un sistema de control que posseeix una retroalimentació de monitorització, el senyal de desviació format com a resultat d'aquesta retroalimentació s'utilitza per controlar l'acció d'un element de control final de manera que tendeixi a reduir la desviació a zero".
Igualment; "Un sistema de control de retroalimentació és un sistema que tendeix a mantenir una relació prescrita d'una variable del sistema amb una altra comparant funcions d'aquestes variables i utilitzant la diferència com a mitjà de control".
Aplicacions miniatura|Assecadora elèctrica, que es controla en circuit obert fent funcionar l'assecadora durant un temps determinat, independentment de si la roba està seca. Un controlador de bucle obert s'utilitza sovint en processos simples per la seva simplicitat i baix cost, especialment en sistemes on la retroalimentació no és crítica. Un exemple típic seria un model antic d'assecadora de roba domèstica, per a la qual la durada del temps depèn completament del criteri de l'operador humà, sense retroalimentació automàtica de la sequedat de la roba.
Per exemple, un sistema de reg per aspersors, programat per activar-se a hores fixes, podria ser un exemple de sistema de circuit obert si no mesura la humitat del sòl com a forma de retroalimentació. Fins i tot si plou a bots i barrals sobre la gespa, el sistema d'aspersors s'activaria a temps, malgastant aigua.
Un altre exemple és un motor pas a pas utilitzat per al control de la posició. Enviar-li un flux d'impulsos elèctrics fa que giri exactament aquest nombre de passos, d'aquí el nom. Si sempre s'hagués assumit que el motor realitzava cada moviment correctament, sense retroalimentació posicional, seria un control de bucle obert. Tanmateix, si hi ha un encoder de posició o sensors per indicar les posicions inicials o finals, aleshores es tracta d'un control de bucle tancat, com en moltes impressores de raig de tinta. L'inconvenient del control de bucle obert dels motors pas a pas és que si la càrrega de la màquina és massa alta o el motor intenta moure's massa ràpidament, es poden saltar passos. El controlador no té cap manera de detectar-ho i, per tant, la màquina continua funcionant lleugerament desajustada fins que es reinicia. Per aquest motiu, els robots i les màquines-eina més complexos utilitzen servomotors en lloc de motors pas a pas, que incorporen encoders i controladors de bucle tancat .
Tanmateix, el control de bucle obert és molt útil i econòmic per a sistemes ben definits on la relació entre l'entrada i l'estat resultant es pot modelar de manera fiable mitjançant una fórmula matemàtica. Per exemple, determinar el voltatge que s'ha d'alimentar a un motor elèctric que acciona una càrrega constant per aconseguir la velocitat desitjada seria una bona aplicació. Però si la càrrega no fos predictible i esdevingués excessiva, la velocitat del motor podria variar en funció de la càrrega, no només del voltatge, i un controlador de bucle obert seria insuficient per garantir un control repetible de la velocitat.
Un exemple d'això és un sistema de transportador que ha de viatjar a una velocitat constant. Per a un voltatge constant, el transportador es mourà a una velocitat diferent segons la càrrega del motor (representada aquí pel pes dels objectes sobre el transportador). Perquè el transportador funcioni a una velocitat constant, cal ajustar el voltatge del motor segons la càrrega. En aquest cas, caldria un sistema de control de circuit tancat.
Així, hi ha molts controls de bucle obert, com ara l'encesa i l'apagada de vàlvules, llums, motors o escalfadors, on se sap que el resultat és aproximadament suficient sense necessitat de retroalimentació.
Combinació amb control de retroalimentació Un sistema de control de retroalimentació, com ara un controlador PID, es pot millorar combinant la retroalimentació (o control de bucle tancat) d'un controlador PID amb el control de prealimentació (o bucle obert). El coneixement sobre el sistema (com ara l'acceleració i la inèrcia desitjades) es pot alimentar i combinar amb la sortida PID per millorar el rendiment general del sistema. El valor de prealimentació per si sol sovint pot proporcionar la major part de la sortida del controlador. El controlador PID principalment ha de compensar qualsevol diferència o error que quedi entre el punt de consigna (SP) i la resposta del sistema al control de bucle obert. Com que la sortida de prealimentació no es veu afectada per la retroalimentació del procés, mai pot fer que el sistema de control oscil·li, millorant així la resposta del sistema sense afectar l'estabilitat. La prealimentació es pot basar en el punt de consigna i en pertorbacions mesurades addicionals. La ponderació del punt de consigna és una forma senzilla de prealimentació.
Per exemple, en la majoria de sistemes de control de moviment, per accelerar una càrrega mecànica sota control, es requereix més força de l'actuador. Si s'utilitza un controlador PID de bucle de velocitat per controlar la velocitat de la càrrega i comandar la força que aplica l'actuador, és beneficiós prendre l'acceleració instantània desitjada, escalar aquest valor adequadament i afegir-lo a la sortida del controlador de bucle de velocitat PID. Això significa que sempre que la càrrega s'accelera o desaccelera, es comanda una quantitat proporcional de força des de l'actuador independentment del valor de retroalimentació. El bucle PID en aquesta situació utilitza la informació de retroalimentació per canviar la sortida combinada per reduir la diferència restant entre el punt de consigna del procés i el valor de retroalimentació. Treballant conjuntament, el controlador de prealimentació de bucle obert combinat i el controlador PID de bucle tancat poden proporcionar un sistema de control més sensible en algunes situacions.
Referències
Categoria:Teoria de control