2. INTRODUCCIÓN
Actualmente el control automático reviste de gran importancia puesto a
los grandes avances concernientes a la ingeniería y la ciencia , este brinda
medios de lograr el funcionamiento optimo de sistemas dinámicos ,
mejorar la calidad, abaratar los costos de producción y expandir el ritmo de
producción entre otros. El estudio de los sistemas de control puede ser de
gran ayuda para establecer lazos de unión entre los diferentes campos de
estudio , haciendo que los distintos conceptos se unan en un problema
común de control. Es por ello que un sistema de control representa un
conjunto de aparatos coordinados de tal manera que proporcionan la
respuesta deseada de un determinado proceso.
3. Historia de la ingeniería de control
• Las primeras aplicaciones de control revisten hace muchísimos años,
específicamente en época de los griegos., en donde se realizaron
mecanismos reguladores con flotador.
• La mejora a la construcción relojes de agua se debió a que los
árabes adoptaron ideas reflejadas por Herón de Alejandría en su
libro ” Pneumatica”.
• No obstante los mecanismos de regulación, surgen nuevamente en el
siglo XVI con la creación de reguladores de temperatura, presión
entre otros; se dice que el primer regulador con realimentación
industrial fue el regulador centrifugo por James Watt en 1770 el cual
se muestra en la figura # 1
4. • Debido a fallas presentes en el regulador centrifugo producidas por
inestabilidad J.C Maxwell, propuso una solución, pero esta fue incapaz de
extender su teoría para un sistema de tercer orden. Posteriormente otros
científicos llegaron a resolver el problema hasta el orden 7. En 1982 el
ruso Lapunov publico su tesis doctoral la cual era aplicable hasta en
mecanismos no lineales.
• El ingeniero ingles Oliver Heaviside, desarrollo teorías sobre cálculos
operacional utilizados en el comportamiento transitorio de circuitos, estos
cálculos fueron justificados en 1917 por matemáticos Carson y
Bromwich y vieron que las ideas de heaviside se sentaban a los
trabajos de Laplace, teniendo el método de transformada de Laplace el
cual dio inicio a los sistemas de control lineal.
• Actualmente gracias a los avances de la tecnología en cuanto a la
robótica industrial (figura # 2), que representa mas que ficción una
realidad; es por ello que las técnicas de inteligencia artificial son las que
mas atención están acaparando en el mundial.
Figura # 2
5. Componentes básicos de un sistema de control
Los componentes básicos de un sistema de control se pueden describir
mediante:
• objetivos de control.
• Componentes del sistema de control.
• Resultados o salidas.
Estos pueden mostrar una relación, siendo los objetivos identificados
como entradas, y los resultados como las salidas, es decir, su función es
controlar las salidas mediante las entradas a través de los elementos del
sistema de control.
Figura # 3
Sin embargo los sistemas de control de lazo abierto son mas factible en
cuanto a su economía a los sistemas de control, pero a diferencia del
anterior estos constan de dos partes: el controlador y el proceso o planta
controlado.
6. Figura # 4
No obstante se necesita una conexión de realimentación desde la salida
para que el sistema de control a lazo abierto sea mas exacto y adaptable.
En cambio los sistemas de control de lazo cerrado poseen la presencia
de un comparador o detector de error, así como un transductor o
captador que toma la medida en la salida del sistema, para poderla
comparar con la consigna o entrada de referencia. Este sistema de
control es totalmente automático, ya que no precisa de la intervención
humana para adaptar la salida a la entrada tal como se muestra en la
figura # 5.
Figura # 5
7. Sin embargo aunque los sistemas de lazo cerrado puedan presentar un
control más preciso que los de lazo abiertos, estos pueden presentar
inestabilidad . La estabilidad es una noción que describe si un sistema es
capaz de seguir un comando de entrada , o en general si dicho sistema es
útil .
Por otro lado la realimentación es un arma de doble filo, ya que si no se
utiliza correctamente puede ser muy dañina, así mismo presenta ventajas ya
que a través de ella se puede variar el ancho de banda de un sistema, sus
impedancias de entrada y salida (para sistemas eléctricos ), y un conjunto
de propiedades importantes.
Tipos de sistema de control:
Los sistemas de control pueden clasificarse de muy distintas maneras,
atendiendo al criterio usado como discriminador.
• Una primera clasificación , atendiendo a si existe o no bucle de
realimentación , podría dividirlos en lazo abierto y cerrado. Si por el
contrario atendemos a si el control se hace sobre señales continuas o
discretas en el tiempo, tendríamos sistemas de control continuos y
discretos.
• Por otra parte seria la de considerar los parámetros componentes del
sistema sean fijos o varíen con el tiempo lo que daría otra posibilidad :
sistemas variantes e invariantes con el tiempo.
8. Ventajas del control realimentado frente al de lazo abierto
Incremento
en la
exactitud
El sistema de ciclo
cerrado se puede
llevar a cero el error
entre las respuestas
medida y deseada
Pequeña
sensibilidad a
los cambios
en los
componentes
Se diseña para
tratar de obtener
un error cero, a
pesar de los
cambios de la
planta
Reducidos
efectos de las
perturbaciones
Se pueden
atenuar
notablemente
los efectos de
perturbaciones
del sistema
9. Ventajas del lazo abierto frente al cerrado
Montaje simple
y facilidad de
mantenimiento Mayor
economía que
un sistema de
lazo cerrado
equivalente No hay
problema de
estabilidad
(habitualmente)
Es conveniente
cuando es difícil
o
económicamente
inconveniente
medir la salida
10. Desventajas
Las perturbaciones y
las modificaciones
en calibración
introducen errores y
la salida puede diferir
de la deseada
Para mantener la
calidad necesaria a la
salida,
periódicamente hay
que efectuar una
recalibración.
11. Control continuo y control discreto
Los sistemas de control en tiempo discreto difieren de los sistemas de
control en tiempo continuo en que las señales en uno o más puntos del
sistema son en forma de pulsos o en un código digital, los sistemas en
tiempo discreto se subdividen en sistemas de control de datos muestreados
(señales en forma de pulsos de datos) y sistemas de control digital (uso de
computadoras o controladores digitales).
Sistemas lineales y no lineales
Los sistemas lineales no prevalecen en la practica, ya que todos los
sistemas físicos presentan cierto grado de alinealidad en algún punto de su
funcionamiento. Es por ello que para sistemas lineales, existe una gran
cantidad de técnicas analíticas y graficas para fines de diseño y análisis.
Estos son de difícil de resolver a través de cálculos matemáticos.
Sistemas variantes e invariantes con el tiempo
Se dice que un sistema es invariante con el tiempo cuando los parámetros
del sistema de control son estacionarios con respecto al tiempo durante la
operación del sistema.
