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EP2. Reporte de
investigación 1
Ingeniería de Control – Dr. Cornelio Morales Morales
FerminAlejandroFloresReyes –FRFO131254
06/05/2015
1
Objetivo.
Esta investigación tiene como objetivo que el alumno, tenga el conocimiento
básico para poder identificar e interpretar los conceptos básicos de ingeniería de
control.
Introducción.
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 [1].
El control automático ha jugado un papel vital en el avance de la ingeniería y la
ciencia. Como los avances en la teoría y práctica del control automático brindan
los medios para lograr el funcionamiento óptimo de sistemas dinámicos, mejorar la
calidad y abaratar los costos de producción, liberar de la complejidad de muchas
rutinas de tareas manuales respectivas, la mayoría de los ingenieros tienen
contacto con los sistemas de control, aun cuando únicamente los usen, sin
profundizar en su teoría [1].
La Ingeniería de Control se preocupó desde sus orígenes de la automatización y
del control automático de sistemas complejos, sin intervención humana directa.
Campos como el control de procesos, control de sistemas electromecánicos,
supervisión y ajuste de controladores y otros donde se aplican teorías y técnicas
entre las que podemos destacar: Control óptimo, control predictivo, control robusto
y control no lineal entre otros, todo ello con trabajos y aplicaciones muy diversas
(investigación básica, investigación aplicada, militares, industriales, comerciales),
las cuales han hecho de la ingeniería de control una materia científica y
tecnológica imprescindible hoy en día.
Marco teórico.
Variable controlada.
Es la cantidad o condición que se mide y controla. Normalmente la variable
controlada es considerada la salida del sistema [2].
2
Variable Manipulada.
Es el elemento al cual se le modifica su magnitud para afectar directamente a la
variable controlada, para lograr la respuesta deseada. Es decir, se manipula la
entrada del proceso [2].
Sistema.
Es una combinación de componentes que actúan conjuntamente y cumplen un
objetivo [2]. Ejemplo: Sistema en donde las válvulas son utilizadas para manipular
el caudal con el fin de controlar el nivel en los tanques.
Consta de tres elementos principales Fig. 1, una entrada, un proceso y una salida.
Fig.1 Esquema de un sistema.
Proceso.
Cualquier operación a ser controlada. Es un desarrollo que es realizado por un
conjunto de elementos cada uno con ciertas funciones que gradual y
progresivamente producen un resultado final [2]. Ejemplos: procesos biológicos,
químicos y económicos.
Planta.
Es el sistema Físico que se desea controlar [2].
Control.
Control es el proceso de verificar para determinar si se está obteniendo el valor
deseado si no corregirlo [3].
Medir el valor de la variable controlada del sistema, y aplicar al sistema la variable
manipulada para corregir o limitar la desviación del valor medido, respecto al valor
deseado.
Sistema de control lazo abierto.
Aquellos en los que la variable de salida (variable controlada) no tiene efecto
sobre la acción de control (variable de control) como se muestra en el diagrama de
la Fig. 2 [2].
3
Fig.2 Sistema de lazo abierto.
Características:
 No se compara la salida del sistema con el valor deseado de la salida del
sistema (referencia).
 Para cada entrada de referencia le corresponde una condición de
operación fijada.
 La exactitud de la salida del sistema depende de la calibración del
controlador.
 En presencia de perturbaciones estos sistemas de control no cumplen su
función adecuadamente.
 El control en lazo abierto suele aparecer en dispositivos con control
secuencial, en el que no hay una regulación de variables sino que se
realizan una serie de operaciones de una manera determinada. Esa
secuencia de operaciones puede venir impuesta por eventos (event-driven)
o por tiempo (timedriven). Se programa utilizando PLC’s (controladores de
lógica programable).
Ejemplos: Semáforo, Encendedor, Amplificador.
Sistema de control Lazo Cerrado.
Sistema de control en lazo cerrado son aquellos en los que la señal de salida del
sistema (variable controlada) tiene efecto directo sobre la acción de control
(variable de control) [1].
En los sistemas de control de lazo cerrado, la salida o señal controlada, debe ser
realimentada y comparada con la entrada de referencia, y se debe enviar una
señal actuante o acción de control, proporcional a la diferencia entre la entrada y
la salida a través del sistema, para disminuir el error y corregir la salida, como se
aprecia en la Fig. 3 [3].
4
Fig.3 Sistema de lazo cerrado.
Ejemplo: Control de temperatura, un semáforo automatizado dependiendo del flujo
vehicular.
Sistema lineal.
Físicamente hablando, analizando la respuesta de un sistema, un sistema es lineal
si la salida sigue fielmente los cambios producidos en la entrada. En la mayoría de
los sistemas de control lineales, la salida debe seguir la misma forma de la
entrada, pero en los casos que la salida no verifique la misma forma de la entrada,
para ser considerado un sistema lineal la salida deberá reflejar los mismos
cambios generados en la entrada [3].
Ejemplo: Un circuito integrador.
Sistema no lineal.
Recibe su nombre del tipo de sistema (no lineal) sobre el que se quieren saber
ciertas variables. Cuando te encuentras ante un sistema con ecuaciones no
lineales que definen su comportamiento y pretendes llevar el mismo hacia unas
condiciones de funcionamiento estas realizando un control no lineal. Dichas
ecuaciones no lineales, representan una invariancia en el tiempo por cada una de
las variables de estado que representan el sistema. A cada variable de estado le
corresponde una combinación no lineal de términos dentro de la base que genera
el espacio de estados [4].
Por ejemplo ecuaciones diferenciales con coeficientes que son función de la
variable dependiente, ecuaciones diferenciales parciales, multiplicación entre
variables, funciones senoidales con argumentos en función de la variable
dependiente.
Estabilidad.
La estabilidad es una característica que describe si un sistema es capaz de seguir
el comando de entrada, o en general si dicho sistema es útil. Un sistema se dice
5
estable, si al verse sometido a una excitación, responde sin que su salida diverja
sin límites de su entrada. Por el contrario, un sistema es inestable si su salida sale
fuera de control y nunca llega a un valor útil de estado estacionario en un tiempo
razonable [4].
Mapa conceptual.
Conclusiones.
Mediante el trabajo de investigación realizado, se ha obtenido la capacidad para
comprender los conceptos básicos de la ingeniería de control.
Partiendo del concepto de sistema, se pueden observar las partes de este como lo
son el proceso, la planta, variables controladas y manipuladas. Nos encontramos
que la retroalimentación es indispensable para diferenciar un sistema de control,
un sistema de lazo abierto no contiene retroalimentación, al contrario de un
sistema de lazo cerrado.
Gracias a esta investigación de los conceptos básicos de ingeniería de control,
obtenemos la capacidad del mejor entendimiento, ampliando el panorama de lo
que es y para que sirve la ingeniería de control.
6
Bibliografía
[1] K. Ogata,Ingenieíade control moderna,PearsonEducación,2003.
[2] «GlosarioInstrumentaciónde mediciónycontrol,» [Enlínea]. Available:
http://glosarios.servidor-alicante.com/instrumentacion. [Últimoacceso:2015 Mayo 05].
[3] J. A.Sánchez,Control Avanzadoode Procesos:TeoríayPráctica, Díaz de Santos,2003.
[4] I. M. A. Perez,I.A.P. HidalgoyB. E. P. Berenguer,«Departamentode ElectónicaAutomaticay
Bioingeniería,» 2008. [Enlínea].Available:
http://dea.unsj.edu.ar/control1b/teoria/unidad1y2.pdf.[Últimoacceso:05 Mayo 2015].

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Conceptos básicos de ingeniería de control

  • 1. UPEMOR– Electrónicay Telecomunicaciones EP2. Reporte de investigación 1 Ingeniería de Control – Dr. Cornelio Morales Morales FerminAlejandroFloresReyes –FRFO131254 06/05/2015
  • 2. 1 Objetivo. Esta investigación tiene como objetivo que el alumno, tenga el conocimiento básico para poder identificar e interpretar los conceptos básicos de ingeniería de control. Introducción. 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 [1]. El control automático ha jugado un papel vital en el avance de la ingeniería y la ciencia. Como los avances en la teoría y práctica del control automático brindan los medios para lograr el funcionamiento óptimo de sistemas dinámicos, mejorar la calidad y abaratar los costos de producción, liberar de la complejidad de muchas rutinas de tareas manuales respectivas, la mayoría de los ingenieros tienen contacto con los sistemas de control, aun cuando únicamente los usen, sin profundizar en su teoría [1]. La Ingeniería de Control se preocupó desde sus orígenes de la automatización y del control automático de sistemas complejos, sin intervención humana directa. Campos como el control de procesos, control de sistemas electromecánicos, supervisión y ajuste de controladores y otros donde se aplican teorías y técnicas entre las que podemos destacar: Control óptimo, control predictivo, control robusto y control no lineal entre otros, todo ello con trabajos y aplicaciones muy diversas (investigación básica, investigación aplicada, militares, industriales, comerciales), las cuales han hecho de la ingeniería de control una materia científica y tecnológica imprescindible hoy en día. Marco teórico. Variable controlada. Es la cantidad o condición que se mide y controla. Normalmente la variable controlada es considerada la salida del sistema [2].
  • 3. 2 Variable Manipulada. Es el elemento al cual se le modifica su magnitud para afectar directamente a la variable controlada, para lograr la respuesta deseada. Es decir, se manipula la entrada del proceso [2]. Sistema. Es una combinación de componentes que actúan conjuntamente y cumplen un objetivo [2]. Ejemplo: Sistema en donde las válvulas son utilizadas para manipular el caudal con el fin de controlar el nivel en los tanques. Consta de tres elementos principales Fig. 1, una entrada, un proceso y una salida. Fig.1 Esquema de un sistema. Proceso. Cualquier operación a ser controlada. Es un desarrollo que es realizado por un conjunto de elementos cada uno con ciertas funciones que gradual y progresivamente producen un resultado final [2]. Ejemplos: procesos biológicos, químicos y económicos. Planta. Es el sistema Físico que se desea controlar [2]. Control. Control es el proceso de verificar para determinar si se está obteniendo el valor deseado si no corregirlo [3]. Medir el valor de la variable controlada del sistema, y aplicar al sistema la variable manipulada para corregir o limitar la desviación del valor medido, respecto al valor deseado. Sistema de control lazo abierto. Aquellos en los que la variable de salida (variable controlada) no tiene efecto sobre la acción de control (variable de control) como se muestra en el diagrama de la Fig. 2 [2].
  • 4. 3 Fig.2 Sistema de lazo abierto. Características:  No se compara la salida del sistema con el valor deseado de la salida del sistema (referencia).  Para cada entrada de referencia le corresponde una condición de operación fijada.  La exactitud de la salida del sistema depende de la calibración del controlador.  En presencia de perturbaciones estos sistemas de control no cumplen su función adecuadamente.  El control en lazo abierto suele aparecer en dispositivos con control secuencial, en el que no hay una regulación de variables sino que se realizan una serie de operaciones de una manera determinada. Esa secuencia de operaciones puede venir impuesta por eventos (event-driven) o por tiempo (timedriven). Se programa utilizando PLC’s (controladores de lógica programable). Ejemplos: Semáforo, Encendedor, Amplificador. Sistema de control Lazo Cerrado. Sistema de control en lazo cerrado son aquellos en los que la señal de salida del sistema (variable controlada) tiene efecto directo sobre la acción de control (variable de control) [1]. En los sistemas de control de lazo cerrado, la salida o señal controlada, debe ser realimentada y comparada con la entrada de referencia, y se debe enviar una señal actuante o acción de control, proporcional a la diferencia entre la entrada y la salida a través del sistema, para disminuir el error y corregir la salida, como se aprecia en la Fig. 3 [3].
  • 5. 4 Fig.3 Sistema de lazo cerrado. Ejemplo: Control de temperatura, un semáforo automatizado dependiendo del flujo vehicular. Sistema lineal. Físicamente hablando, analizando la respuesta de un sistema, un sistema es lineal si la salida sigue fielmente los cambios producidos en la entrada. En la mayoría de los sistemas de control lineales, la salida debe seguir la misma forma de la entrada, pero en los casos que la salida no verifique la misma forma de la entrada, para ser considerado un sistema lineal la salida deberá reflejar los mismos cambios generados en la entrada [3]. Ejemplo: Un circuito integrador. Sistema no lineal. Recibe su nombre del tipo de sistema (no lineal) sobre el que se quieren saber ciertas variables. Cuando te encuentras ante un sistema con ecuaciones no lineales que definen su comportamiento y pretendes llevar el mismo hacia unas condiciones de funcionamiento estas realizando un control no lineal. Dichas ecuaciones no lineales, representan una invariancia en el tiempo por cada una de las variables de estado que representan el sistema. A cada variable de estado le corresponde una combinación no lineal de términos dentro de la base que genera el espacio de estados [4]. Por ejemplo ecuaciones diferenciales con coeficientes que son función de la variable dependiente, ecuaciones diferenciales parciales, multiplicación entre variables, funciones senoidales con argumentos en función de la variable dependiente. Estabilidad. La estabilidad es una característica que describe si un sistema es capaz de seguir el comando de entrada, o en general si dicho sistema es útil. Un sistema se dice
  • 6. 5 estable, si al verse sometido a una excitación, responde sin que su salida diverja sin límites de su entrada. Por el contrario, un sistema es inestable si su salida sale fuera de control y nunca llega a un valor útil de estado estacionario en un tiempo razonable [4]. Mapa conceptual. Conclusiones. Mediante el trabajo de investigación realizado, se ha obtenido la capacidad para comprender los conceptos básicos de la ingeniería de control. Partiendo del concepto de sistema, se pueden observar las partes de este como lo son el proceso, la planta, variables controladas y manipuladas. Nos encontramos que la retroalimentación es indispensable para diferenciar un sistema de control, un sistema de lazo abierto no contiene retroalimentación, al contrario de un sistema de lazo cerrado. Gracias a esta investigación de los conceptos básicos de ingeniería de control, obtenemos la capacidad del mejor entendimiento, ampliando el panorama de lo que es y para que sirve la ingeniería de control.
  • 7. 6 Bibliografía [1] K. Ogata,Ingenieíade control moderna,PearsonEducación,2003. [2] «GlosarioInstrumentaciónde mediciónycontrol,» [Enlínea]. Available: http://glosarios.servidor-alicante.com/instrumentacion. [Últimoacceso:2015 Mayo 05]. [3] J. A.Sánchez,Control Avanzadoode Procesos:TeoríayPráctica, Díaz de Santos,2003. [4] I. M. A. Perez,I.A.P. HidalgoyB. E. P. Berenguer,«Departamentode ElectónicaAutomaticay Bioingeniería,» 2008. [Enlínea].Available: http://dea.unsj.edu.ar/control1b/teoria/unidad1y2.pdf.[Últimoacceso:05 Mayo 2015].