26 • SISTEMAS DE CONTROL MODERNO

Es de esperar que el sistema con realimentación de la Figura 1.24 sea superior al sistema en lazo abierto de la Figura 1.23 porque el primero responderá a los errores y operará para reducirlos. Con componentes de precisión, se podría conseguir reducir el error del sistema con realimentación a una centésima del error del sistema en lazo abierto.

1.12. EJEMPLO DE DISEÑO: SISTEMA DE CONTROL PARA LA DOSIFICACIÓN DE INSULINA Para este ejemplo y los ejemplos de diseño que siguen, se utilizará el proceso de diseño que se ilustra en la Figura 1.22. En el Capítulo l, se desarrolla un plan de diseño preliminar llevando acabo los pasos del 1 al 4 del proceso de diseño de la Figura 1.22. Así, para este ejemplo, (1) se establecerá el objetivo del control, (2) se identificarán la variables de control, (3) se escribirán las especificaciones preliminares y (4) se establecerán una o más configuraciones posibles del sistema.

Los sistemas de control han sido utilizados en el campo biomédico para crear sistemas automáticos de dosificación de medicamentos implantados en el paciente [29-31], Los sistemas automáticos se pueden utilizar para regular la presión de la sangre, el nivel de azúcar en sangre y el ritmo cardíaco. Una aplicación común de la ingeniería de control está en el campo de los sistemas en lazo abierto de suministro de fármacos, en los cuales se utilizan modelos matemáticos de la relación dosis-efecto del fármaco. Un sistema de suministro de fármaco implantado en el cuerpo emplea un sistema en lazo abierto ya que todavía no están disponibles sensores de glucosa miniaturizados. Las mejores soluciones descansan en bombas de insulina de tamaño de bolsillo que son programables y que pueden suministrar insulina de acuerdo con un plan temporal prefijado. Sistemas más complicados usarán sistemas en lazo cerrado para la medida de los niveles de glucosa en la sangre.

El objetivo (paso 1) es diseñar un sistema para regular la concentración de azúcar en la sangre de un diabético. En la Figura 1.25 se muestran las concentraciones de glucosa en sangre y de insulina para una persona saludable. El sistema debe proporcionar la insulina desde un depósito implantado dentro de la persona diabética.

Así pues, la variable que se desea controlar (paso 2) es la concentración de glucosa en la sangre. La especificación para el sistema de control (paso 3) es proporcionar un nivel de glucosa en la sangre para el diabético que se aproxime mucho (siga) al nivel de glucosa de una persona saludable (Figura 1.25).

FIGURA 1.25

Niveles de glucosa en la sangre y de insulina para una persona sana.

INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL • 27

FIGURA 1.26

(a) Control en lazo abierto (sin realimentación) y (b) control en lazo cerrado de la glucosa en la sangre.

En el paso 4, se propone una configuración preliminar del sistema. Un sistema en lazo abierto utilizaría un generador de señal preprogramado y una bomba de motor en miniatura para

regular la velocidad de suministro de insulina, tal como se muestra en la Figura l.26(b). El sistema de control por realimentación emplearía un sensor

para medir el nivel de glucosa real y comparar ese nivel con el nivel deseado para mover así el motor de la bomba cuando se requiera, tal como se muestra en la Figura l.26(b)

1.13.

EJEMPLO

secuencialmente en cada dapítuio. Se utilizará el proceso de diseño de la Figura 1.22 en

cada capítulo para identificar los pasos que se van a realizar. Por ejemplo, en el Capítulo 1 el interés se centra en los pasos 1, 2, 3 y 4, donde (1) determinará los objetivos de control, (2) identificará las variables a controlar, (3) escribirá las especificaciones iniciales para las variables y (4) establecerá la configuración preliminar del sistema. La información se puede almacenar de forma rápida y eficiente en un disco magnético. Las unidades de disco se usan en los computadores cualquiera que sea su tamaño y están todas ellas esencialmente normalizadas tal como se define en las normas ANSI [54, 69]. Las ventas mundiales de unidades de disco se estima que son superiores a 250 millones de unidades en 2002 [55, 68]. En el pasado, los diseñadores de unidades de disco se han centrado en aumentar la densidad de los datos y en los tiempos de acceso a dichos datos. De hecho, a comienzos de la década de 1990, las densidades de las unidades de disco aumentaban a velocidades por encima del 60% por año y muy recientemente estos valores superan ya el 100% por año. La figura 1.27 muestra las tendencias de densidad de las unidades de disco. Los diseñadores están ahora considerando emplear unidades de disco para realizar tareas históricamente delegadas a la unidad de procesamiento central (CPU), lo que va a llevar a mejoras en los entornos de computación [69]. Estas áreas de «inteligencia» que se están investigando incluyen la recuperación de errores fuera de línea, avisos de fallos en unidades de disco y almacenamiento de datos a través de múltiples unidades de disco. Considérese el diagrama básico de una unidad de disco que se muestra en la Figura 1.28. El objetivo del dispositivo de lectura de la unidad de disco es posicionar la cabeza lectora con el fin de leer los datos almacenados en una pista del disco (paso 1). La variable a controlar de forma precisa (paso 2) es la posi-

Nivel de glucosa deseada (b)