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Ingenieria en Control

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on 9 June 2014

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Ingenieria
en
Control

Miguel Angel Morales Acosta
Concepto
La ingeniería de control es la rama de la ingeniería que se basa en el uso de elementos sistemáticos como controladores PLC y PAC, control numérico o servomecanismos relacionados con aplicaciones de la tecnología de la información, como son tecnologías de ayuda por computador CAD, CAM o CAx, para el control industrial de maquinaria y procesos, reduciendo la necesidad de intervención humana
Campos de accion
La ingeniería de control es una ciencia interdisciplinar relacionada con muchos otros campos, principalmente las matemáticas y la informática. Las aplicaciones son de lo más variado: desde tecnología de fabricación, instrumentación médica, Subestación eléctrica, ingeniería de procesos, robótica hasta economía y sociología. Aplicaciones típicas son, por ejemplo, el piloto automático de aviones y barcos y el ABS de los automóviles. En la biología se pueden encontrar también sistemas de control realimentados, como por ejemplo el habla humana, donde el oído recoge la propia voz para regularla.

Concepto de Control
El control es un área de la ingeniería y forma parte de la Ingeniería de Control. Se centra en el control de los sistemas dinámicos mediante el principio de la realimentación, para conseguir que las salidas de los mismos se acerquen lo más posible a un comportamiento predefinido. Esta rama de la ingeniería tiene como herramientas los métodos de la teoría de sistemas matemática.
Ejemplo de aplicación de
Ingeniería de Control
El control de temperatura en una habitación es un ejemplo claro y típico de una aplicación de ingeniería de control. El objetivo es mantener la temperatura de una habitación en un valor deseado, aunque la apertura de puertas y ventanas y la temperatura en el exterior hagan que la cantidad de calor que pierde la habitación sean variables (perturbaciones externas). Para alcanzar el objetivo, el sistema de calefacción debe modificarse para compensar esas perturbaciones. Esto se hace a través del termostato, que mide la temperatura actual y la temperatura deseada, y modifica la temperatura del agua del sistema de calefacción para reducir la diferencia entre las dos temperaturas.
Ejemplos de
Aplicacion
La ingeniería de control tiene un amplio rango de aplicación en áreas como los sistemas de vuelo y de propulsión de los aviones de aerolíneas, militares, en la carrera espacial y últimamente en la industria automotriz.

Dispositivos tales como circuitos eléctricos, procesadores digitales y los microcontroladores son muy utilizados en todo sistema de control moderno
El objetivo del control automático es poder manejar con una o más entradas (o referencia), una o más salidas de una planta o sistema, para hacerlo, la idea más primitiva es colocar entre la referencia y la planta, un controlador que sea el inverso de la función de transferencia de la planta, de tal manera que la función de transferencia de todo el sistema (la planta más el controlador), sea igual a uno; logrando de esta manera que la salida sea igual a la entrada
Objetivo
El estudiante de ingeniería de control comienza el curso con los llamados sistemas de control lineal que requieren del uso de matemática elemental y la transformada de Laplace (llamada teoría de control clásica). En el control lineal, el estudiante hace análisis de los sistemas en el dominio de la frecuencia y del tiempo mientras que en los sistemas no lineales y en el control digital se requiere el uso del álgebra lineal y de la transformada Z respectivamente. A partir de aquí hay varias ramas secundarias.
Lo que vera el estudiante
Dispositivos
que lo utilizan
Dispositivos tales como circuitos eléctricos, procesadores digitales y los microcontroladores son muy utilizados en todo sistema de control moderno
UNIDAD 1: "Conceptos Básicos de Control
Programa estipulado para la materia
1.1 Definiciones de entrada, salida, planta
Planta
Una planta es un equipo, quiza simplemente un juego de piezas de una maquina, funcionando conjuntamente, cuyo objetivo es realizar una operación determinada.
Diagramas de bloques
Flujo de señal
Concepto de Grafica de Flujos de Señales:

Una gráfica de flujo de señales se puede definirse como un método gráfico para representar las relaciones entrada-salida entre las variables de un sistema de ecuaciones algebraicas como sigue:

Yj = akjyk j = 1,2,.......,N

Debe señalarse que estas N ecuaciones se escriben en forma de relaciones de causa y efecto:

j-ésimo efecto = (ganancia de k a j)(k-ésima causa)

o simplemente,

salida = (ganancia)(entrada)

Este es el axioma individual más importante para establecer el sistema de ecuaciones algebraicas con el que se traza la gráfica de flujo de señales.

Y1 a12 Y2
La regla de Mason, que se explica en la sección 3.4.1, emplea las definiciones que se presentan a continuación y que se ilustran en el ejemplo 3.2.

Camino directo
Conjunto de ramas que llevan de la entrada a la salida, sin repetirse.
Ganancia de camino directo
Producto de las ganancias de las ramas que forman el camino directo.
Lazo cerrado
Conjunto de ramas que parten de un nodo y llegan a el mismo nodo, sin repetir ningún otro nodo.
Ganancia de lazo cerrado
Producto de las ganancias de las ramas que forman un lazo.
Lazos adyacentes
Lazos que comparten al menos un nodo.
Lazos no adyacentes
Lazos que no comparten ningún nodo.
La figura 3.8 presenta las relaciones básicas de un diagrama de flujo de señal. Nótese que el énfasis se pone en la señal y no en el sistema, a diferencia de los diagramas de bloques. Este es un texto de análisis de sistemas y no de análisis de señales, por esa razón preferimos los diagramas de bloques a los de flujo de señal.
Una gráfica de flujo de señales puede considerarse como una mutación simplificada de un diagrama de bloques, aunque en un principio, S.J.Mason, la ideo como una representación de causa y efecto de los sistemas lineales. En general, además de la diferencia de apariencia física entre la gráfica de flujo de señales y el diagrama de bloques, la primera está restringida por relaciones matemáticas más rígidas, mientras que las reglas de notación del diagrama de bloques son mucho mas flexibles y menos rigurosas.
Salida
El diagrama de bloques es la representación gráfica del funcionamiento interno de un sistema, que se hace mediante bloques y sus relaciones, y que, además, definen la organización de todo el proceso interno, sus entradas y sus salidas.

Concepto
Diagrama de bloques de procesos de producción industrial
Diagrama de bloques de modelo matemático
Un diagrama de bloques de procesos de producción es un diagrama utilizado para indicar la manera en la que se elabora cierto producto, especificando la materia prima, la cantidad de procesos y la forma en la que se presenta el producto terminado.
Un diagrama de bloques de modelo matemático es el utilizado para representar el control de sistemas físicos (o reales) mediante un modelo matemático, en el cual, intervienen gran cantidad de variables que se relacionan en todo el proceso de producción. El modelo matemático que representa un sistema físico de alguna complejidad conlleva a la abstracción entre la relación de cada una de sus partes, y que conducen a la pérdida del concepto global. En ingeniería de control, se han desarrollado una representación gráfica de las partes de un sistema y sus interacciones. Luego de la representación gráfica del modelo matemático, se puede encontrar la relación entre la entrada y la salida del proceso del sistema.
Tipos de Diagramas de bloques
Un diagrama de bloques de procesos de producción industrial.
Elaboración Diagrama de Bloques
El primer bloque especifica la materia prima de la que proviene el producto. Los siguientes bloques son procesos escritos de manera infinitiva y llevan siempre o una indicación de proceso (izquierda) y gastos básicos (derecha).
Las indicaciones de proceso son variantes del tipo físicas que se deben considerar para que el producto sea de elaboración adecuada. Cada país tiene sus propios estándares para elaborar productos. Las indicaciones de proceso son básicamente la temperatura, la presión y los tiempos de reposo.
Los gastos básicos son adicciones de ciertas sustancias ajenas a la materia prima auxiliares a un proceso.
Ejemplos de Diagrama de
Bloques
Unidad 2

Modelado Matemático de sistemas Físicos
Sistemas Eléctricos
Ejemplo
Modelización de sistemas eléctricos
función de transferencia
Definición
Aspectos
Elementos
Sistemas Mecánicos
Rotacional
De traslación
Ejemplo
Ejemplo
Sistemas mecánicos de
rotación
Sistema mecánico de
traslacion
Sistemas Hidráulicos
Sistemas Neumáticos
Función de transferencia y analogías
Componentes de un sistema hidráulico básico
Ejemplo
Estructura de un
Sistema de
Control Neumático
Función de Transferencia
Unidad 3
Análisis de la respuesta en el tiempo y del error

Unidad 4
Estabilidad y LGR

Unidad 5
Diseño de compensadores

Señal de salida:
Es la variable que se desea controlar (posición, velocidad, presión, Temp.) También se
le llama variable controlada.
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