1.2 Concepto de sistema
La teoría de la Automática estudia el comportamiento dinámico de los sistemas. Pero, ¿qué se entiende por sistema?. El concepto de sistema todavía hoy en día se sigue redefiniendo, no porque sea una realidad cambiante sino porque el término posee diferentes connotaciones según el contexto que se esté considerando y es uno de los términos más utilizados con diferentes significados5. Aun así, se tiene una idea general e intuitiva de qué es un sistema. Basta con mirar alrededor para darse cuenta de que el mundo está formado por ellos: colecciones complejas de elementos altamente relacionados, en los que todo va más allá de la suma de las partes que lo componen (Platero, 2012).
Desde el punto de vista ingenieril, el concepto de sistema queda muy bien reflejado por las siguientes definiciones, dadas por Aracil:
“Sistema es una entidad formada por un conjunto de elementos o componentes básicos del sistema, y por las relaciones existentes entre ellos, así como con el entorno. Estas relaciones se expresan formalmente empleando lenguaje matemático”.
y Ljung:
“Sistema es un objeto en el que variables de distintos tipos interactúan y producen señales observables. Las señales observables que nos son de interés se suelen denominar salidas. El sistema está afectado también por estímulos externos. Las señales externas que pueden ser manipuladas por el observador se denominan entradas; las que no se pueden manipular se denominan perturbaciones y se dividen en aquellas que son directamente medibles y aquellas que son sólo observables por su influencia sobre la salida” (Figura 1.14 ).
Figura 1.14: Flujo de la información en los sistemas
Atendiendo a esta última definición se pueden distinguir cuatro tipos bien diferenciados de variables:
- variables de entrada
- variables de salida
- variables de estado
- perturbaciones
Las variables de estado son el conjunto mínimo de variables del sistema, tal que, conocido su valor en un instante dado de tiempo, permite conocer la respuesta del sistema. Además, aquellas variables de estado que sean medibles serán señales de salida y aquellas que sean modificables desde el exterior serán señales de entrada. En definitiva, las variables del sistema cuyo valor se pueda determinar en el tiempo mediante operativa de instrumentación, se las llamará señales. Éstas no necesariamente deben de ser de naturaleza eléctrica, pueden ser temperaturas, velocidades, presiones, etc. Sin embargo, debido a que la tecnología humana actual se basa en el procesamiento eléctrico de señales, muchas de éstas emplean transductores para convertir las señales de cualquier naturaleza a otras de tipo eléctrico.
De un sistema interesa comprender su comportamiento y poder controlarlo y predecirlo. El hecho de comprender significa conocer y explicar. Este proceso de análisis y de síntesis (conocimiento y explicación) del sistema, normalmente desemboca en la construcción, testeo y validación de un modelo.
Una de las aproximaciones más efectivas es la construcción de un modelo matemático que describa las interacciones del sistema de forma cuantitativa6. Los modelos pueden integrarse en dos grupos: los axiomáticos y los empíricos. Los primeros basados en ecuaciones físico-matemáticas explican las interioridades dinámicas del sistema, mientras las segundas emplean relaciones de entrada y salida empleando el conocido concepto ingenieril de ‘caja negra’. En ambos casos, el objetivo es el mismo, obtener una expresión matemática, llamada función de transferencia del sistema, tal que explique cuantitativamente el comportamiento dinámico del sistema ante cualquier tipo de excitación temporal. La función de transferencia refleja la relación causa efecto en la disciplina de la Automática.
En el vocabulario técnico, el concepto de sistema es descendido y concretado con el de planta o el de proceso. Se entiende por planta a un sistema físico, al cual se le desea controlar su dinámica, por ejemplo, la temperatura en una célula Peltier, la posición del eje de un motor o la evolución temporal de la tensión de salida de una fuente conmutada. En cuanto a proceso se entenderá como cualquier operación que se va a controlar. Por ejemplo, la limpieza de la pasta de papel, el espesor del aluminio en el laminado, etc.
Referencias
El concepto de sistemas como una entidad dinámica que lo une a otros sistemas y al ambiente era un requisito previo para el desarrollo de la Teoría de Control Automático. Durante los siglos XVIII y XIX con los trabajos de Adam Smith, en Economía, y el Origen de la Especies de Darwin, en Biología, tienen un gran impacto en el conocimiento humano. A inicios del XX, Whitehead, con su filosofía de “El mecanismo orgánico”, se inicia las teorías de los sistemas generales. Es en este contexto donde la teoría de Control evoluciona.↩︎
Albert Einstein (1921) “¿Cómo puede ser que la matemática – un producto del pensamiento humano independiente de la experiencia- se adecúe tan admirablemente a los objetos de la realidad?”↩︎