20.4 : Efectos de la retroalimentación

La retroalimentación en los sistemas de control desempeña un papel fundamental en la configuración de diversos parámetros operativos, que van más allá de la simple reducción de errores para influir en la estabilidad, el ancho de banda, la ganancia, la impedancia y la sensibilidad. Para comprender estos efectos es necesario examinar un sistema de retroalimentación básico caracterizado por señales de entrada, salida, error y retroalimentación definidas.

La retroalimentación modifica significativamente la ganancia de un sistema de control. La ganancia de un sistema sin retroalimentación se altera por un factor de uno más GH, donde G representa la ganancia de lazo abierto y H es el factor de retroalimentación. Esta alteración significa que la retroalimentación puede amplificar o atenuar la ganancia según el rango de frecuencia, lo que influye en el rendimiento general del sistema.

La estabilidad es otro aspecto crucial afectado por la retroalimentación. La estabilidad se refiere a la capacidad del sistema de seguir con precisión un comando de entrada y mantener una salida controlable. Un sistema inestable no puede rastrear de manera confiable los comandos de entrada, lo que da como resultado salidas erráticas e incontrolables. La retroalimentación puede afectar la estabilidad de dos maneras opuestas: puede desestabilizar un sistema inicialmente estable o estabilizar uno inestable. Si el producto GH es igual a menos uno, el sistema se vuelve inestable, ya que cualquier entrada finita da como resultado una salida infinita. Por el contrario, la incorporación de un bucle de retroalimentación negativa puede estabilizar un sistema que de otro modo sería inestable al ajustar la ganancia de retroalimentación de manera adecuada.

Además de la ganancia y la estabilidad, la retroalimentación también afecta la respuesta de un sistema a señales extrañas y ruido. En presencia de perturbaciones, la retroalimentación ayuda a minimizar el impacto de estas señales no deseadas. Si el factor en el denominador del bucle de retroalimentación es mayor que la unidad y el sistema permanece estable, el componente de ruido se reduce de manera efectiva. Esta reducción es crucial para mantener la integridad de la señal deseada y garantizar la robustez del sistema frente a interferencias externas.

En general, los mecanismos de retroalimentación son indispensables para mejorar el rendimiento de los sistemas de control. Al diseñar e implementar cuidadosamente los bucles de retroalimentación, los ingenieros pueden mejorar la estabilidad, controlar la ganancia, minimizar el ruido y mejorar la capacidad de respuesta y la precisión del sistema. Por lo tanto, el uso estratégico de la retroalimentación desempeña un papel fundamental en el avance de la eficacia y la confiabilidad de los sistemas de control modernos en diversas aplicaciones.