Sistemas de Segundo Orden Sistemas de Segundo Orden Apuntes del curso de Control Automático
TEORÍA GENERAL DE LOS SISTEMAS - APUNTES
70
TEORÍA GENERAL DE LOS SISTEMAS 1
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TEORÍA GENERAL DE LOS SISTEMAS
1
PREGUNTAS A RESPONDER1. CUAL ES EL OBJETIVO DE LA AGRICULTURA.2. DEFINA LO QUE ES UN SISTEMA.3. EN QUE CONSISTE HACER LA CONCEPTUALIZACIÓN DEL SISTEMA.4. EXPLIQUE A QUE SE REFIERE LOS LIMITES DEL SISTEMA.5. QUE VIENE SIENDO EL CONTEXTO DEL SISTEMA.6. QUE SON LOS SUBSISTEMAS Y DE QUE ESTÁN FORMADOS.7. CUANDO SE DESCRIBE UN SISTEMA QUE PROPÓSITOS DEBECUBRIR.8. HAGA LA REPRESENTACIÓN MAS SENCILLA DE UN SISTEMAAGRÍCOLA Y MENCIONE SUS PARTES.9. HAGA UN EJEMPLO SENCILLO DE CÍRCULOS CONCÉNTRICOS PARAMOSTRAR LOS PRINCIPALES PRODUCTOS DE UN SISTEMA.10. EXPLIQUE LA DIFERENCIA ENTRE LA ENSEÑANZA TRADICIONAL DELA AGRICULTURA Y LA ENSEÑANZA POR SISTEMAS DE LAAGRICULTURA
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OBJETIVOS PRIMORDIALESDE LA AGRICULTURA
(a)PROVISIÓN DE PRODUCTOS
(b)EMPLEO DE RECURSOS
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PROVISIÓN DE PRODUCTOSPRODUCTOS PRINCIPALES OBJETIVOS QUE CUBRE
ALIMENTO HUMANO:DE ORIGEN VEGETALDE ORIGEN ANIMAL
ALIMENTACIÓN DE LA POBLACIÓN LOCAL.EXPORTACIÓN Y SUSTITUCIÓN DEIMPORTACIONES.
ALIMENTO ANIMAL.DE ORIGEN VEGETALDE ORIGEN ANIMAL
ALIMENTOS DE LOS ANIMALES DE LALOCALIDAD.EXPORTACIÓN TANTO DE ALIMENTOS COMODE ANIMALES
MATERIAS PRIMAS PARA LAINDUSTRIA DE ORIGEN VEGETALY ANIMAL
PROCESADO DE MANUFACTURA DEVESTIDOS Y ACCESORIOS.PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE ALIMENTOS.
RECREO ZOOLÓGICOS Y OTROS ENTRETENIMIENTOS
DINERO BENEFICIO, REINVERSIÓN.4
EMPLEO DE RECURSOSRECURSOS PRINCIPALES OBJETIVOS PERSEGUIDOS
(APARTE DE LA PRODUCCIÓN)
TIERRA CONSERVACIÓN DE LAAMENIDAD
MANO DE OBRA PROVISIÓN DE TRABAJOPROVISIÓN DE MEDIO DE VIDA
DINERO INVERSIÓN (INCLUIDA LAATRACCIÓN DE MONEDAEXTRANJERA)
EQUIPO FÍSICO USO DE EQUIPO LOCALUSO DE EQUIPO IMPORTADOPOR OTRAS RAZONES
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TEORÍA GENERAL DE LOS SISTEMAS
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ORÍGENES DE LA TEORÍA DESISTEMAS
La teoría general de sistemas (TGS)surgió con los trabajos del biólogo
alemán Ludwig von Bertalanffy,publicados entre 1950 y 1968
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Los supuestos básicos de la teoría general de sistemas son:
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a) “Existe una nítida tendencia hacia la integración en las diversas ciencias naturales y sociales.• b) Esta integración parece orientarse hacia una teoría de sistemas.• c) Dicha teoría de sistemas puede ser una manera más amplia de estudiar los campos no físicos del conocimiento científico, especialmente las ciencias sociales.• d) Esa teoría de los sistemas, al desarrollar principios unificadores que atraviesan verticalmente los universos particulares de las diversas ciencias involucradas, nos aproxima al objetivo de la unidad de la ciencia.• e) Esto puede llevarnos a una integración muy necesaria enla educación científica”.Bertalanffy criticaba la visión que se tiene del mundo,fraccionada en diferentes áreas, como física, química, biología, psicología, sociología, etc. Divisiones arbitrarias
DEFINICIÓN DE SISTEMAS
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UN SISTEMA ES UN CONJUNTO DESUBSISTEMAS QUE SON
INTERDEPENDIENTES E INTERACTÚANPARA LOGRAR UN OBJETIVO
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UN SISTEMA SIMPLE
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ENTRADA PROCESO SALIDA
TRABAJO
INDIVIDUAL
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ELABORAR UNSISTEMA SIMPLE DE
CUALQUIERACTIVIDAD
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SISTEMA
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SUBSISTEMA SUBSISTEMA
SISTEMA
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SUBSISTEMA
SUBSISTEMA
COMPONENTE 1
COMPONENTE 2
COMPONENTE 1
COMPONENTE 2
TRABAJO
INDIVIDUAL
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ELABORAR UN SISTEMASIMPLE CON DOS
SUBSITEMAS, Y QUE CADASUBSITEMA TENGA DOS
COMPONENTES
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¿CUANDO UN SISTEMA SE VUELVE SUBSISTEMA?O VICEVERSA
¿CUANDO UN SUBSISTEMA SE VUELVE SISTEMA?
DEPENDE DEL ENFOQUE
PARA LA CONCEPTUALIZACIÓN DEL SISTEMA, SE DEBEN DETENER LOS SIGUIENTES DATOS:
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(a)OBJETIVO PARA EL QUE SE HA DISEÑADO EL SISTEMA.(b)LIMITES: ALGÚN PROCEDIMIENTO PARA DECIR QUE ESTA FUERA Y DENTRO DEL SISTEMA.(c)CONTEXTO: ENTORNO EXTERNO EN QUE OPERA EL SISTEMA.(d)SUBSISTEMAS: CUALES SON .(e)INTERACCIONES ENTRE LOS SUBSISTEMAS.(f) RECURSOS: COMPONENTES INTERNOS DEL SISTEMA QUE SE USAN PARA ESTE FIN.(g)APORTES (ENTRADAS) USADOS POR EL SISTEMA PROCEDENTES FUERA DE EL.(h)PRODUCTOS O REALIZACIONES PRINCIPALES DESEADAS (SALIDAS).(i) SUBPRODUCTOS ÚTILES, AUNQUE INCIDENTALES (SALIDAS).
TRABAJO
EN EQUIPO
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ELABORAR UN SISTEMA EL CUAL SEENCUENTRE CONCEPTUALIZADO
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SISTEMAS CONCÉNTRICOS
PERMITEN JERARQUIZAR LA
IMPORTANCIA DE LOS SUBSISTEMAS
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DIFERENCIAS EN LA ENSEÑANZA DEACUERDO AL TIPO TRADICIONAL
(ENFOQUE REDUCCIONISTA)COMPARADO CON EL DE ENFOQUE
DE SISTEMAS
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Sistemas Abiertos y SistemasCerrados:
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Sistemas Abiertos:
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Es aquel que presenta intercambio con el ambiente, a través de entradas y salidas.Son adaptativos para sobrevivir. Su estructura es óptima cuando el conjuntode elementos del sistema se organiza, aproximándose a una operaciónadaptativa. La adaptabilidad es un continuo proceso de aprendizaje y de auto-organización
SISTEMA ABIERTO
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ENTRADA PROCESO SALIDA
SISTEMAS CERRADOS
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Es aquel que no tiene medio ambiente, es decir, no hay sistemas externos que lo violen, por lo mismo un sistema cerrado no es medio ambiente de ningún otro sistema. No presentan intercambio con el medio ambiente que los rodea, son herméticos a cualquier influencia ambiental. No reciben ningún recurso externo y nada producen que sea enviado hacia fuera. En rigor, no existen sistemas cerrados.Se da el nombre de sistema cerrado a aquellos sistemas cuyo comportamiento es determinístico y programado y que opera con muy pequeño intercambio de energía y materia con el ambiente. Se aplica el término a los sistemas completamente estructurados, donde los elementos y relaciones se combinan de una manera peculiar y rígida produciendo una salida invariable, como las máquinas.
SISTEMA CERRADO
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PROCESO
ENTROPÍA
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Es la tendencia hacia la desorganización y la distribución uniforme de los elementos de un sistema, lo cual implica la anulación de sus diferencias de potencial y por ende de su capacidad de trabajo, debido al desgaste que el sistema presenta por el transcurso del tiempo o por el funcionamiento del mismo.Los sistemas altamente entrópicos tienden a desaparecer por el desgaste generado por su proceso sistémico.
NEGUENTROPÍA
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Los sistemas vivos son capaces de conservar estados de organización improbables (entropía). Este fenómeno aparentemente contradictorio se explica porque los sistemas abiertos pueden importar energía extra para mantener sus estados estables deorganización e incluso desarrollar niveles más altos de improbabilidad. La neguentropía, entonces, se refiere a la energía que el sistema importa del ambiente para mantener su organización y sobrevivir
SISTEMA CIBERNÉTICO
ES AQUEL QUE UTILIZA UNA PARTE DE SU SALIDA PARA
VOLVERSE A RETROALIMENTAR
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SISTEMA CIBERNETICO
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EJEMPLO: CORAZÓN, ALTERNADOR CON BATERÍA, ETC.
EN BIOLOGÍA SE LE CONOCE COMO HOMEOSTASIS
TRABAJO
INDIVIDUAL
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HAGA EL EJEMPLO DEUN SISTEMA
CIBERNÉTICO SENCILLO
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SISTEMA CIBERNETICO
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NEGUENTROPÍA
ENTROPÍA
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SISTEMA CIBERNÉTICO
ENTROPÍA: CUANDO UNA PARTE DELA SALIDA NO REGRESA, SE TIENDE A LA DESTRUCCIÓN
NEGUENTROPÍA: CUANDO UNAPARTE DE LA SALIDA REGRESA, SE RETARDA LA DESTRUCCIÓN
TRABAJO
EN EQUIPO
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POR EQUIPOS REALIZAR UN SISTEMAUN SISTEMA CIBERNÉTICO CON ELMISMO EJEMPLO DE ENTROPÍA Y
NEGUENTROPÍA
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PARADIGMA
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Los paradigmas son un conjunto de conocimientos y creencias que forman una visión del mundo (cosmovisión), en torno a una teoría hegemónica en determinado periodo histórico. Cada paradigma se instaura tras una revolución científica, que aporta respuestas a los enigmas que no podían resolverse en el paradigma anterior. Una de las características fundamentales, su inconmensurabilidad: ya que ninguno puede considerarse mejor o peor que el otro. Además, cuentan con el consenso total de lacomunidad científica que los representa.
Tradiciones
En 1803, los ingleses crearon un puestode trabajo donde un hombre, con untelescópio, permanecía parado en losprecipicios del puerto de Dover.
Su tarea: tocar una campana siNapoleón se aproximaba.
El trabajo se abolió en 1945.
Napoleón murió en 1821.
TRABAJO
INDIVIDUAL
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ELABORAR UNEJEMPLO SOBRE
ALGÚNPARADIGMA
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Es la propiedad de un sistema quedefine su nivel de respuesta y deadaptación al contexto, esteproceso mantiene las condicionesinternas constantes necesarias para la vida.
HOMEOSTASIS
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Principio de organicidad
El universo puede ser representado como
un sistema o como un conjunto de
subsistemas que interactuan y se relacionan
unos con otros dentro de una realidad
dinámica, de tal forma que las acciones o
intercambio de energía que suceden en un
subsistema determinado afectan a los demás.
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Principio de organicidad
Sin embargo, a pesar de toda esta
dinámica, de acciones y reacciones entre los
diferentes sistemas, no existe el caos, sino un
cierto orden y equilibrio que dan la impresión
de avances suaves en los cambios y no
avances pronunciados.
Este fenomeno, llamado acción
equilibrada de la totalidad puede ser explicado
a trávés de:
a) Mecánica Newtoniana
b) Teoría General de Sistemas
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Principio de organicidad
A) La mecánica Newtoniana
Newton estableció tres leyes de la dinámica
que son:
a) ley de la inercia
b) Ley de la fuerzas
c) Ley de la acción-reacción
y con ellas es factible ilustrar la suposición de
que un sistema es factible establecer la
condición de equilibrio estadístico, que supone
que las condiciones internas permanecen
constantes, cuasi-estáticas .
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Principio de organicidad
B) TGS
A.Lazlo plantea la definición de sinergia desde
el punto de la variabilidad del sistema total en
relación a la variabilidad de sus partes y
enuncia que:
Vt < V1 + ……+ Vn
o bien Vt < Vi
ecuación que expresa: “ un objeto es un
sistema cuando la variabilidad que experimenta
la totalidad es menor suma de la variabilidad de
cada una de sus partes54
Principio de organicidad
•Variabilidad en el medio y en los sistemas.
Este concepto de variabilidad de los
subsistemas y variabilidad del medio, al
interactuar uno sobre otro, nos permite
establecer comprender el equilibrio que puede
mostrar un sistema, en función de el proceso
de homeóstasis, el cual permite establecer en
el sistema mecanismos a una serie de
reacciones internas que los defiende de las
variaciones del medio, aminorando sus efectos,
y es la sinergia la que tiende a nivelar los
cambios internos que sufren los subsistemas.55
Principio de organicidad
Todo lo anterior hace suponer que el sistema
tiene la propiedad de autocontrol y
autoregulación que lo lleva hacia un equilibrio
Homeostatico o hacia un estado permanente, el
cual se caracteriza por la mantención de una
relación determinada y estable entre la energía
que entra al sistema y la energia que sale de él.
Este intercambio permite al sistema generar
neguentropía y así obtener los mecanismos
homeostaticos correspondientes cuando los
cambios así los requieren56
Principio de organicidad
•La evolución en equilibrio:
A pesar de que existe un equilibrio
estadistico, este no es inerte, dado que las
acciones y reacciones dentro del sistema
tratan de llevarlo a un cambio aunque este
sea imperceptible
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Principio de organicidad
“ En la imagen de la historia del universo, como
nos la presenta la ciencia, parece estar
operando dos fuerzas o tendencias opuestas,
por una parte, tenemos la tendencia
representada por la segunda ley de la
termodinámica. Por otra, observamos
claramente que a través de la historia, una
tendencia diferente. Esta tendencia es la idea
de la organización. Organización es cualquier
cosa que no es caos, en otras palabras
cualquier cosa es improvable”
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Principio de organicidad
La anterior cita, expresa adecuadamente
dos principios que son por un lado la entropía y
por otro lado la organicidad, que señala que la
organización de un sistema es un principio que
no se puede referir a fuerza o materia, pero que
si, es una magnitud independiente, ni energia ni
sustancia, sino algo tercero expresado por la
medida y el modo de orden.
Este principio parece ser inherente a los
seres vivos, y esta tendencia a la organización
es independiente de las directrices de los
sistemas
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Principio de organicidad
•La entropía como elemento desorganizador
Se ha definido la entropia como la
tendencia que tienen todos los sistemas a
alcanzar su estado más probable. Este estado
más probable es el caos, la desorganización, la
eliminación de diferencias que hacen lo
identificable.
Sin embargo, es la neguentropia la que
esta destinada a mantener y mejorar la
organización del sistema, y de la forma en que
la utilice dependerá su subsistencia
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Principio de organicidad
En este contexto, la neguentropia es la
energía necesaria que requiere el principio de
organicidad para desarrollarse. Esto quiere
decir, que el principio de oraganicidad
establece las condiciones para el orden, pero
es la neguentropía la que proporciona la fuerza
necesaria para que opere este principio.
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SISTEMAS DE CONTROL
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Los sistemas de control según la Teoría Cibernética seaplican en esencia para los organismos vivos, lasmáquinas y las organizaciones
Estos sistemas fueron relacionados por primeravez en 1948 por Norbert Wiener en su obraCibernética y sociedad con aplicación en la teoríade los mecanismos de control.
Un sistema de control está definido como un conjuntode componentes que pueden regular su propiaconducta o la de otro sistema con el fin de lograr unfuncionamiento predeterminado
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Tipos de sistemas de control
Los sistemas de control sonagrupados en tres tiposbásicos:
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1. Hechos por el hombre.
Como los sistemas eléctricos o electrónicos queestán permanentemente capturando señalesde estado del sistema bajo su control y que aldetectar una desviación de los parámetrospre-establecidos del funcionamiento normaldel sistema, actúan mediante sensores yactuadores, para llevar al sistema de vuelta asus condiciones operacionales normales defuncionamiento.
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2. Naturales, incluyendo sistemas biológicos.
Por ejemplo los movimientos corporaleshumanos como el acto de indicar un objetoque incluye como componentes del sistemade control biológico los ojos, el brazo, lamano, el dedo y el cerebro del hombre. En laentrada se procesa el movimiento o no, y lasalida es la dirección hacia la cual se hacereferencia.
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3. Cuyos componentes están unos hechos por el hombre y losotros son naturales.
Se encuentra el sistema de control de unhombre que conduce su vehículo, este sistemaestá compuesto por los ojos, las manos, elcerebro y el vehículo. La entrada se manifiestaen el rumbo que el conductor debe seguirsobre la vía y la salidae es la dirección actualdel automóvil.
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Un sistema de control puede serneumático, eléctrico, mecánico o decualquier tipo, y su función es recibirentradas, y coordinar una o variasrespuestas según su lazo decontrol(para lo que esta programado).
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Características de un Sistema de Control
1. Señal de corriente de entrada: Considerada como estímulo aplicado a un sistema desde una fuente de energía externa con el propósito de que el sistema produzca una respuesta específica.
2. Señal de corriente de salida: Respuesta obtenida por el sistema que puede o no relacionarse con la respuesta que implicaba la entrada.
3. Variable Manipulada: Es el elemento al cual se le modifica su magnitud, para lograr la respueta deseada.
4. Variable Controlada: Es el elemento que se desea controlar. 5. Conversión: Mediante receptores se generan las variaciones o cambios
que se producen en la variable. 6. Variaciones externas: Son los factores que influyen en la acción de
producir un cambio de orden correctivo.7. Fuente de energía: Es la que entrega la energía necesaria para generar
cualquier tipo de actividad dentro del sistema. 8. Retroalimentación: La retroalimentación es una característica
importante de los sistemas de control de lazo cerrado. Es una relación secuencial de causas y efectos entre las variables del sistema. Dependiendo de la acción correctiva que tome el sistema, éste puede apoyar o no una decisión, cuando en el sistema se produce un retorno se dice que hay una retroalimentación negativa; si el sistema apoya la decisión inicial se dice que hay una retroalimentación positiva.
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