Fundamentos de control automatico

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
SANTIAGO MARIÑO
INGENIERIA ELECTRICA
EXTENSIÓN MATURÍN
Fundamentos de Control Automático
Profesora:
Mariangela Pollonais
Autor:
Golindano Jean Carlos
Maturín, Enero de 2015

2. INTRODUCCIÓN
El control automático es una pieza clave que ha contribuido con el desarrollo
de la sociedad, siendo una parte integral en las áreas industriales como petróleo
y gas, generación de energía eléctrica, textil, alimentaria, automovilística, entre
otros, mediante el control de los diversos mecanismos que regulan las variables
inherentes al producto final. Dichas variables son la presión, temperatura,
humedad, viscosidad, flujo entre muchas otras.
Es importante tener conocimiento acerca de la teoría y practica del control
automático ya que es un mecanismo capaz de abaratar el costo final del
producto y mejorar su calidad mediante la agilización de procesos manuales.
Se puede definir el sistema de control como un conjunto de dispositivos
interconectados entre si capaces de regular su conducta o la de otros sistemas
para obtener los resultados deseados.

3. HISTORIA DE LA INGENIERÍA DE CONTROL
 Las primeras aplicaciones del control con realimentación datan del siglo 1 D.C
cuando Herón de Alejandría publicara un libro titulado “Pneumatica” en el que se
mostraban mecanismos reguladores de agua; esta área renace en el siglo XIX en
Europa con Cornelius Drebel1618 quien diseño el primer regulador de
temperatura; Luego en 1620 Denis Papín crea un regulador presión para calderas
de vapor. El primer regulador a utilizarse a nivel industrial y punto de partida de
esta ciencia fue el regulador centrífugo de James Watt desarrollado en 1770 para
controlar la velocidad de una máquina de vapor, pero este era propenso a las
oscilaciones siendo objeto de muchas investigaciones.
 En 1868 J.C.Maxwell público “On Governors” articulo donde propuso la
solución al problema de los reguladores centrífugos, utilizando una ecuación
diferencial y analizando las condiciones de un sistema de estabilidad.
 En 1893 Oliver Heaviside público un trabajo titulado “On operators in
mathematical physics” desarrollando teorías del cálculo operacional y permitió
analizar la ecuación diferencial lineal como una ecuación algebraica; técnica que
fue justificada en 1917 por Carson y Bromwich quienes vieron que las ideas de
Heaviside se fomentaban en los trabajos de Laplace siendo denominado este
método “Transformada de Laplace”.

4. HISTORIA DE LA INGENIERÍA DE CONTROL
 Durante la II Guerra Mundial fue necesario diseñar y construir pilotos
automáticos para aeroplanos, sistemas de dirección y antenas de radar.
Fomentando el interés en los sistemas de control y el desarrollo de nuevos
métodos e ideas.
 No obstante el desarrollo de esta ciencia fue unido con el desarrollo de la
electrónica. Antes de 1940, el diseño era una arte comprendido en el
procedimiento ensayo y error, incrementando en 1950 el número y utilidad
de los métodos matemáticos y analíticos, llegando a ser una disciplina
completa siendo posible la utilización de los ordenadores analógicos y
digitales como componentes de control en proporcionando capacidad de
calcular con rapidez y exactitud que no existían antes para un ingeniero de
control. La teoría de control sigue incorporando métodos que se aplican a
nuevas ramas del saber “Ingeniería de Sistemas y la Robótica Industrial” por
ello está interesada en el análisis y diseño de sistemas dirigidos hacia un
objetivo. Dando lugar a la mecanización de planes de acción de control con
cualidades de auto organización, adaptación y aprendizaje.

5. COMPONENTES BÁSICOS DE UN SISTEMA
DE CONTROL
Los componentes básicos de un sistema de control son: objetivos de control,
componentes del sistema de control y resultados o salida.
El objetivo de un sistema de control es controlar las salidas en alguna forma
preestablecida mediante las entradas a través de los elementos del sistema de
control.
Un sistema de control de lazo abierto consta de 2 partes: el controlador y el
proceso controlado. Son utilizados mayormente en aplicaciones no críticas.

6. COMPONENTES BÁSICOS DE UN SISTEMA DE CONTROL
Un sistema de control de lazo cerrado consta de 4 partes: detector de error,
el controlador, el proceso controlado y el transductor.
Con este sistema se obtiene un comportamiento totalmente automático por
medio de la realimentación ya que no precisa de la intervención humana aunque
puede provocar inestabilidad.
En estos sistemas existe la realimentación negativa (aquella en la que la
señal muestreada en la salida se resta o compara con la de entrada) y la
realimentación positiva en la que la señal realimentada se suma a la de entrada.

7. COMPONENTES BÁSICOS DE UN SISTEMAS
DE CONTROL
La realimentación puede incrementar la ganancia del sistema en un intervalo de
frecuencias, pero reducirla en otro.
La estabilidad es una noción que describe si un sistema es capaz de seguir el
comando de entrada, o en general, si dicho sistema es útil. En forma rigurosa, un
sistema se dice inestable si sus salidas salen de control.
Con la realimentación se puede estabilizar un sistema inicialmente inestable o
puede ser perjudicial sino se aplica adecuadamente.
La sensibilidad de un sistema puede ser mejorada o perjudicada mediante la
realimentación.
Mediante esta se puede también variar el ancho de banda, las impedancias de
entrada y salida de un sistema.

8. TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL
Los sistemas de control se pueden clasificar de distintas maneras de acuerdo al
criterio usado. Entre ellos tenemos:
 Lazo abierto y lazo cerrado:
En los sistemas de control en lazo abierto, la salida no tiene efecto alguno sobre
la acción de control. Presentan ciertas ventajas con respecto a los de lazo cerrado
como por ejemplo, su montaje y mantenimiento son mas simples, además de que son
mas económicos con respecto al anterior.
En los sistemas de control en lazo cerrado, la señal de salida tiene efecto sobre
la acción de control.
Presentan ciertas ventajas con respecto a los de lazo abierto tales como, mayor
exactitud, son poco sensible a las fluctuaciones en los componentes y son mas rapidos
en la respuesta y anchura de banda.
 Control continuo y control discreto:
Si las señales que procesa el sistema están definidas en un intervalo continuo de
tiempo(aunque no necesariamente sean funciones continuas en el tiempo) el sistema
se denomina sistema en tiempo continuo.

9. TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL
Un sistema en tiempo discreto viene caracterizado por magnitudes que varían
solo en instantes específicos de tiempo.
 Sistemas lineales y no lineales:
Son sistemas ideales. No existen sistemas lineales estrictamente hablando, sino
sistemas que exhiben una característica lineal por lo tanto se les puede aplicar el
principio de superposición, también son susceptible a diversas técnicas analíticas y
graficas para su diseño y análisis. Mientras que los sistemas no lineales son mas
complejos con respecto a su parte matemática y no existen técnicas generales para
resolverlos sino que se parte de técnicas lineales para obtener un resultado.
 Sistemas variantes e invariantes con el tiempo:
Un sistema es invariante en el tiempo cuando sus parámetros de sistema de
control son estáticos con el tiempo durante la operación del sistema, mientras que en
sistema variante dichos parámetros de control fluctúan. En la practica todos los
sistemas son variantes en el tiempo.