Glosario de Sistemas de Control en Tecnología y Aviación

Sistema de Control

Un sistema de control es una configuración de dispositivos, algoritmos y redes que gestiona, dirige o regula el comportamiento y la operación de otros sistemas o procesos. Recibe señales de entrada (como lecturas de sensores), las procesa según lógica programada o modelos matemáticos, y emite comandos de salida para lograr o mantener un resultado deseado. Los sistemas de control son fundamentales para la aviación (para la estabilidad y seguridad de vuelo), la automatización industrial, la robótica, la gestión energética y muchos otros sectores.

Formalmente, los sistemas de control pueden ser automáticos (sin intervención humana directa) o manuales (dependen de la acción del operador), pero la tendencia moderna, especialmente en aplicaciones críticas para la seguridad como la aviación y la energía, es hacia una mayor automatización y autonomía. La función principal es mantener una variable de proceso—como altitud, velocidad del motor, temperatura o presión—en un punto de ajuste, incluso cuando ocurren perturbaciones externas o cambios internos.

Existen dos tipos principales:

• Sistemas de control de lazo abierto: Operan únicamente bajo lógica o programaciones horarias predefinidas, sin medir la salida real para hacer correcciones.
• Sistemas de control de lazo cerrado (por realimentación): Supervisan continuamente las salidas y las comparan con los puntos de ajuste, ajustando los comandos según sea necesario para minimizar errores.

Los componentes típicos incluyen sensores (para medición), controladores (para cómputo y lógica), actuadores (para implementar cambios) e interfaces hombre-máquina (HMI) (para supervisión e intervención del operador). Las redes de comunicación conectan estos elementos, permitiendo el intercambio de datos fiable y en tiempo real, especialmente en entornos distribuidos o en red.

Los sistemas de control son la columna vertebral de la tecnología moderna, evolucionando rápidamente con la integración de la computación digital, IA y redes robustas, ampliando los límites de la automatización, la eficiencia, la seguridad y la gestión remota.

Sensor

Un sensor es un dispositivo físico que detecta y mide una propiedad (como temperatura, presión, posición o composición química) y la convierte en una señal legible por un sistema de control. Los sensores proporcionan los datos brutos esenciales para la supervisión de procesos, permitiendo precisión y seguridad en la automatización.

Ejemplos en aviación:

• Tubos Pitot y sondas de datos de aire (velocidad, altitud)
• Unidades de Medición Inercial (IMU) para actitud y movimiento
• Sensores de temperatura y presión en motores y cabinas

Ejemplos en la industria:

• Termopares, RTDs (temperatura)
• Galgas extensiométricas, transductores piezoeléctricos (fuerza, presión)
• Sensores de proximidad y posición (robótica, automatización)

En sistemas críticos, los sensores suelen estar duplicados (redundantes) y equipados con autodiagnóstico para detectar fallos, según los estándares de la OACI y la industria. Los sensores modernos pueden incluir procesamiento integrado, redes (ARINC 429, CAN bus) y calibración avanzada, garantizando resiliencia en entornos hostiles.

Controlador

Un controlador es el elemento de procesamiento de un sistema de control. Recibe datos de sensores, los compara con los puntos de ajuste deseados y determina la salida necesaria para los actuadores. Los controladores pueden ser circuitos analógicos simples, controladores lógicos programables (PLC), microcontroladores u ordenadores embebidos sofisticados.

Ejemplos en aviación:

• Sistemas de gestión de vuelo (FMS)
• Ordenadores de piloto automático y fly-by-wire
• Unidades de control de motor (ECU/FADEC)

Ejemplos en la industria:

• PLC en líneas de montaje
• Controladores de procesos en plantas químicas

Los controladores implementan varios algoritmos:

• PID (Proporcional-Integral-Derivativo) para equilibrar la corrección de errores
• Control basado en modelos o adaptativo para entornos complejos y cambiantes

Los sistemas críticos para la seguridad utilizan controladores redundantes con diseño de funcionamiento seguro, según lo especificado por las normas DO-178C o IEC 61508. Los controladores pueden incluir funciones de ciberseguridad y diagnóstico remoto para una operación segura y fiable.

Actuador

Un actuador es un dispositivo que convierte las señales de salida del controlador en acción física, afectando el proceso o la máquina.

Ejemplos en aviación:

• Servomotores para superficies de control (elevadores, alerones, timón)
• Actuadores hidráulicos (tren de aterrizaje, flaps)
• Actuadores eléctricos (válvulas, controles ambientales)

Ejemplos en la industria:

• Motores eléctricos (cintas transportadoras, bombas)
• Válvulas solenoides (control de fluidos)
• Actuadores piezoeléctricos (tareas de precisión)

Los actuadores se seleccionan por velocidad de respuesta, fuerza, precisión, confiabilidad y restricciones ambientales. La seguridad es primordial: actuadores redundantes y realimentación de posición son estándar en aviación e infraestructuras críticas.

Interfaz Hombre-Máquina (HMI)

Una Interfaz Hombre-Máquina (HMI) es la plataforma a través de la cual los humanos interactúan con los sistemas automatizados. Proporciona visualizaciones, controles, alertas y datos de procesos en tiempo real.

Ejemplos en aviación:

• Pantallas de vuelo en cabina (PFD, MFD, EICAS)
• Controles táctiles, displays head-up, interfaces de voz

Ejemplos en la industria:

• Paneles de control táctiles en maquinaria
• Paneles SCADA para supervisión de procesos

El diseño HMI prioriza la ergonomía y los factores humanos, con alertas claras, controles intuitivos y protección contra ciberamenazas. Las HMI de acceso remoto son cada vez más comunes, requiriendo alta seguridad.

Red de Comunicación

Una red de comunicación conecta los componentes de los sistemas de control (sensores, controladores, actuadores, HMIs), permitiendo el intercambio de datos fiable.

Protocolos en aviación:

• ARINC 429/629 (buses de datos deterministas en aviónica)
• CAN bus
• ARINC 664/AFDX (basado en Ethernet, alto ancho de banda, redundante)

Protocolos industriales:

• Profibus, Modbus, Ethernet/IP, OPC UA

La robustez, seguridad, redundancia y rendimiento en tiempo real son esenciales. En entornos IoT y en red, la gestión avanzada y la ciberseguridad son críticas.

Sistema de Control de Lazo Abierto

Un sistema de control de lazo abierto opera bajo lógica o instrucciones temporizadas predefinidas, sin medir ni corregir su salida real. Asume un comportamiento predecible del sistema.

Ejemplos:

• Sistemas antihielo temporizados en aviación
• Lavadoras, tostadoras

Los sistemas de lazo abierto son simples y rentables, pero no pueden adaptarse a perturbaciones o variaciones. Son ideales para aplicaciones no críticas y predecibles.

Sistema de Control de Lazo Cerrado (por Realimentación)

Un sistema de control de lazo cerrado (por realimentación) mide continuamente su salida, la compara con un punto de ajuste y ajusta su entrada para minimizar el error.

Ejemplos en aviación:

• Pilotos automáticos que ajustan la trayectoria de vuelo según la realimentación de sensores
• Unidades de control de motor que mantienen el empuje

Ejemplos en la industria:

• Controladores de temperatura, reguladores de voltaje

El control de lazo cerrado garantiza precisión, adaptabilidad y estabilidad, esenciales para entornos dinámicos o críticos para la seguridad.

SISO y MIMO

Los sistemas SISO (Single Input Single Output) controlan una entrada y una salida.
Los sistemas MIMO (Multiple Input Multiple Output) gestionan múltiples entradas y salidas, manejando interacciones complejas.

Ejemplo MIMO en aviación:

• Control de vuelo coordinado (tangaje, alabeo, guiñada, acelerador)

Los sistemas MIMO requieren modelado avanzado y estrategias de control, como control en espacio de estados o control predictivo basado en modelos.

Sistema de Control Embebido

Un sistema de control embebido es un controlador dedicado integrado en un dispositivo mayor, que realiza funciones específicas en tiempo real.

Ejemplos en aviación:

• FADEC para motores
• Controladores de presión de cabina

Características de diseño:

• Optimizado para tamaño, peso, consumo
• Fiable bajo certificación estricta (DO-178C)

Los sistemas embebidos forman la base de la aviónica moderna, productos de consumo y automatización industrial.

Sistema de Control Distribuido (DCS) y Sistema de Control en Red (NCS)

Un Sistema de Control Distribuido (DCS) utiliza múltiples controladores distribuidos en una planta o instalación, coordinados a través de una red.

Ejemplos en la industria:

• Refinerías, plantas de energía, gestión energética en aeropuertos

Un Sistema de Control en Red (NCS) es cualquier sistema de control donde los componentes se comunican a través de redes, incluidos sistemas inalámbricos o basados en Ethernet, permitiendo monitoreo remoto e inteligencia distribuida.

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

Los sistemas SCADA proporcionan control supervisado y adquisición centralizada de datos para activos geográficamente dispersos.

Ejemplos en aviación:

• Iluminación de aeropuertos, climatización, manejo de equipaje

Características:

• Monitoreo en tiempo real, alarmas, operación remota
• Comunicación segura y registro robusto de datos

SCADA es esencial para la eficiencia operativa y la seguridad en grandes infraestructuras.

Realimentación

La realimentación es el proceso de enviar una parte de la salida de nuevo al controlador para comparación y ajuste en tiempo real.

• Realimentación negativa estabiliza los sistemas (ej. termostato)
• Realimentación positiva amplifica cambios (arriesgada si no se controla)

La realimentación es vital para el control en lazo cerrado, asegurando precisión y robustez.

Este glosario proporciona definiciones fundamentales para conceptos clave en sistemas de control aplicados en aviación, tecnología e industria. Para más detalles o soluciones personalizadas, contáctenos o solicite una demostración .