1. Definiciones previas. 2. Sistemas de control. a. Definición de sistemas de control. b. Ventajas derivadas del uso de un sistema de control. c. Sistemas de control en lazo abierto y en lazo cerrado. d. Clasificación de las técnicas de control. 3. Sistemas inteligentes de control. 4. Sistemas difusos. a. ¿Por qué sistemas difusos? b. ¿Qué son sistemas difusos? c. Principales campos de investigación. 5. Identificación de sistemas mediante Lógica Difusa. 6. Ejemplos de sistemas difusos de control comerciales.

1. Sistemas Difusos Tema 1
Tema 1.- Teoría de Sistemas. Sistemas
Inteligentes.
1. Definiciones previas.
2. Sistemas de control.
a. Definición de sistemas de control.
b. Ventajas derivadas del uso de un sistema de control.
c. Sistemas de control en lazo abierto y en lazo cerrado.
d. Clasificación de las técnicas de control.
3. Sistemas inteligentes de control.
4. Sistemas difusos.
a. ¿Por qué sistemas difusos?
b. ¿Qué son sistemas difusos?
c. Principales campos de investigación.
5. Identificación de sistemas mediante Lógica
Difusa.
6. Ejemplos de sistemas difusos de control
comerciales.
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2. Sistemas Difusos Tema 1
Objetivos:
- Entender el concepto de sistema, modelos de
sistemas y tipos de sistemas.
- Comprender el concepto de sistema inteligente y su
aplicación a diversos problemas.
- Comprender el carácter interdisciplinar de área de
los sistemas inteligentes.
- Conocer los contenidos del área de las Ciencias de
la Computación e Inteligencia Artificial que pueden
intervenir en el diseño de un sistema inteligente.
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3. Sistemas Difusos Tema 1
1.- Definiciones previas.
• Sistema: Combinación de componentes que actúan
juntos y realizan un objetivo determinado.
Definición Alternativa: Equipo o conjunto de piezas de una
máquina funcionando juntas, cuyo objetivo es realizar una
operación determinada y que ha de ser controlado.
• Variable controlada: Condición que se mide y controla.
• Variable manipulada: Condición que el controlador
modifica para afectar el valor de la variable controlada.
• Controlar: Medir la variable controlada y alterar la
variable manipulada para corregir o limitar la variable
controlada.
• Planta: Parte del sistema que se controla.
• Proceso:
o “Operación continua, marcada por cambios graduales
que se suceden uno a otro de una forma relativamente
fija y que conduce a un resultado determinado”.
o Cualquier operación que se va a controlar.
• Perturbación: Señal que tiende a afectar negativamente
el valor de la salida de un sistema. Tipos:
o Internas.
o Externas (entrada).
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4. Sistemas Difusos Tema 1
2.- Sistemas de control
2.1.- Definición:
Conjunto o combinación de componentes que actúan
conjuntamente y que cumplen un determinado objetivo.
Perturbaciones
Variables Variables
de de
entrada
SISTEMA
salida
Variables de estado del sistema
Ejemplo: Control de un brazo de robot.
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5. Sistemas Difusos Tema 1
2.2.- Ventajas derivadas del uso de un sistema de
control.
• Las técnicas de control automático tienen un campo
prácticamente ilimitado de aplicación.
• Es útil contar con sistemas capaces de mantener todos
los parámetros “controlados” sin la intervención humana.
• En ocasiones se consigue optimizar la evolución del
proceso
o Situaciones de elevada complejidad
o Situaciones en las que se debe operar en tiempo
de respuesta corto
• Pueden eliminar fallos (distracciones, cansancio,
tensión...)
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6. Sistemas Difusos Tema 1
2.3.- Sistemas de control en lazo abierto y en lazo
cerrado.
Clasificación de los sistemas de control:
2.3.1.- De lazo abierto:
• La acción de control es independiente de la salida.
• No hay realimentación.
A cada entrada de referencia le corresponde una
condición de operación fija.
La precisión depende de la calibración.
Problemas con las pertubaciones,
Este tipo de controladores genera secuencias de
instrucciones como respuesta a las distintas órdenes o
variables de entrada.
Entrada Planta o Salida
Controlador
proceso
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7. Sistemas Difusos Tema 1
2.3.2.- De lazo cerrado o realimentados:
• Mantiene una relación pre-establecida entre la entrada y
la salida, comparándolas y utilizando la diferencia como
parámetro de control.
• Comportamiento adecuado en presencia de
perturbaciones.
o Sistema de control de la temperatura de una
habitación.
o Sistema de control de la velocidad de un vehículo.
Tipos de sistemas de control realimentados:
• Reguladores. (Ej. termostato)
• Servomecanismos. (Ej. brazo de robot)
Entrada Planta o
Controlador
proceso
Elemento de
medic ión
• La señal de salida tiene efecto directo sobre la acción de
control.
• Se utiliza la realimentación para reducir el error del
sistema (“lazo cerrado”).
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8. Sistemas Difusos Tema 1
2.4.- Clasificación de las técnicas de control.
1.- Sistemas de control continuo.
• Sistemas que operan con señales continuas.
• Normalmente la función de control se implementa con
circuitos electrónicos.
2.- Sistemas de control digital.
• Utilizan tecnología digital → Mayor flexibilidad en diseño.
• Un controlador digital para plantas continuas necesita
conversión analógica-digital (y viceversa).
• “Problemas” de retardos y longitud de palabra inapreciables
con las mejoras en la tecnología digital.
• Mayor capacidad para almacenar y manipular datos.
• Permite la inclusión de procesos de aprendizaje, control
adaptativo, conocimiento experto y otros conceptos
avanzados.
3.- Sistemas de eventos discretos.
(Control secuencial, control lógico programable, control
dinámico de eventos discretos)
Acciones de control determinadas como respuesta a las
características secuenciales y combinaciones observadas de
un conjunto de órdenes y condiciones sensoriales.
• Entradas y realimentación suelen ser binarias.
• Salida también suele ser binaria.
• Se diseñan mediante el desarrollo de una tabla de transición
de estados.
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9. Sistemas Difusos Tema 1
3.- Sistemas inteligentes de control
Control inteligente: Desarrollo de métodos de control para
emular características importantes de la inteligencia
humana:
o adaptación,
o aprendizaje,
o tratamiento de grandes cantidades de datos, y
o tratamiento de incertidumbre.
• Área con límites cambiantes: Lo que es control
inteligente hoy será simplemente control mañana.
• Área interdisciplinar: Control, Ciencias de la
Computación e Investigación Operativa.
• Incluye al control convencional.
El informe Task Force on Intelligent Control define el
control inteligente a través de varias propiedades propias
de los sistemas inteligentes:
• Adaptación y aprendizaje: Capacidad para adaptarse a
condiciones cambiantes.
• Autonomía e inteligencia: Habilidad para actuar
adecuadamente en un entorno con incertidumbre.
• Estructuras y jerarquías: Arquitectura funcional
apropiada para afrontar problemas complejos.
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10. Sistemas Difusos Tema 1
4.- Sistemas Difusos.
4.1.- ¿Por qué Sistemas Difusos?
Difuso: Borroso, confuso, vago, con incertidumbre
Ejemplos:
• Conducción en una carretera
• Operador de una planta industrial
• Control de la temperatura de un recinto
Justificaciones para la teoría de Sistemas Difusos:
1. Demasiada complejidad para la obtención de
descripciones precisas en algunos sistemas reales.
Es necesario introducción aproximación.
2. Es necesaria una teoría que permita formular el
conocimiento humano de forma sistemática e
incluirlo en sistemas de ingeniería.
4.2.- ¿Qué son Sistemas Difusos?
Sistemas basados en el conocimiento o sistemas basados
en reglas.
Regla SI_ENTONCES: Describe qué hacer cuando se
presenta una determinada situación.
SI la velocidad del coche es alta ENTONCES pisar con
fuerza baja el acelerador.
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11. Sistemas Difusos Tema 1
Ejemplos:
• Control de la velocidad de un móvil.
• Control de temperatura.
• Descripciones sobre un sistema.
4.3.- Principales Campos de Investigación
• Control
• Procesamiento de señales
• Circuitos integrados
• Sistemas expertos
o Economía
o Medicina
o Psicología
o ...
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12. Sistemas Difusos Tema 1
5.- Identificación de sistemas mediante Lógica
Difusa.
• Modelo: esquema teórico de un sistema que se elabora para
facilitar su comprensión y el estudio de su comportamiento.
• Los modelos son útiles para realizar simulaciones, analizar un
sistema, comprender sus mecanismos subyacentes, diseñar
nuevos procesos o controlar automáticamente sistemas.
• Todo modelo debe cumplir dos requisitos básicos:
o Precisión: Representar con fidelidad la realidad que se está
modelando.
o Comprensibilidad: Describir el sistema de forma legible.
• Requisitos contradictorios: un modelo demasiado simple no
puede representar adecuadamente las características
relevantes del sistema.
• El modelado se puede realizar con Sistemas Basados en
Reglas Difusas (SBRDs), que contienen reglas del tipo:
EB MB B N A MA EA
0,5
m M
• Existen distintas clases de modelado con SBRDs:
o Modelado Difuso Lingüístico: Atiende al poder descriptivo de los
SBRDs.
o Modelado Difuso Preciso: Atiende al poder aproximativo de los
SBRDs.
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13. Sistemas Difusos Tema 1
5.1.- Proceso de Modelado Difuso.
-Modelado
Sistema -Control
-Clasificación
Datos Modelo
Proceso de
Modelado
Sistema -Modelado
-Control
-Clasificación
Sistema Basado en
Reglas Difusas
Datos APRENDIZAJE (SBRD)
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14. Sistemas Difusos Tema 1
5.1.- Proceso de Modelado Difuso.
Variables redundantes
o irrelevantes -Modelado
-Control
-Clasificación
Datos
variable 1
variable 2 Sistema Basado en
variable 3 APRENDIZAJE
... Reglas Difusas
variable k (SBRD)
Mejorar la precisión y
la interpretabilidad
SELECCIÓN DE
CARACTERÍST ICAS
PROCESOS DE
MEJORA DE LA
PRECISIÓN
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15. Sistemas Difusos Tema 1
6.- Ejemplos de sistemas difusos de control
comerciales
• Productos de consumo:
o Lavadoras.
o Hornos microondas.
o Cámaras de videos.
o Televisores.
o Traductores.
• Sistemas:
o Ascensores.
o Trenes.
o Grúas.
o Automoción (motores, transmisión, frenos...).
• Control de tráfico.
• Software:
o Diagnóstico médico.
o Seguridad.
o Comprensión de datos.
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16. Sistemas Difusos Tema 1
6.1.-“Lavadora difusa” (Matsuhita Electronic Industrial)
• Objetivo: Determinar automáticamente el ciclo de lavado
adecuado al tipo y cantidad de suciedad y al tamaño de la
colada.
• Entradas: Suciedad, tipo de suciedad y tamaño de la
colada.
• Salida: Ciclo de lavado.
• Sensores ópticos tipo y cantidad de suciedad
6.2.- Estabilizador de imágenes digitales (Matsuhita)
• Objetivo: Eliminar vibraciones involuntarias
• Construido con reglas del tipo:
SI todos los puntos de la imagen se mueven en la misma dirección
ENTONCES la mano se mueve
SI sólo algunos puntos se mueven ENTONCES la mano no se mueve
• Se compara la imagen actual con otras imágenes en
memoria
6.3.- Sistemas difusos en coches.
• Sistema de transmisión automática
o Mitshubichi Galant S
o Saturn SL1 de General Motors
• Control de temperatura
• Sistema de suspensión difusa (Mitshubichi)
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17. Sistemas Difusos Tema 1
6.4.- Control difuso de un metro (Sendai, Japón)
• El tren mantiene una ruta de 13.6 Km. y 16 estaciones.
• Objetivos:
1. Acelerar hasta una velocidad máxima.
2. Decidir si mantener la velocidad máxima.
3. Parar aproximadamente en una posición.
• El sistema de control difuso está dividido en:
a) El controlador de la velocidad constante
Para la seguridad:
SI la velocidad del tren está alcanzando la velocidad límite
ENTONCES seleccionar la máxima posición de freno
Para el confort del viaje:
SI la velocidad está en el rango permitido ENTONCES no cambiar el
control
b) El controlador de parada automática
Para el confort de viaje
SI el tren parará en la zona permitida ENTONCES no camb iar el
control
Para el confort del viaje y seguridad:
SI el tren está en la zona permitida ENTONCES camb iar de
aceleración a freno suave
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18. Sistemas Difusos Tema 1
Conclusiones extraídas de los ejemplos:
• El uso de la tecnología difuso en el control del metro
de Sendai muestra varios aspectos importantes:
o El control difuso es una alternativa eficiente al
control convencional.
o El control difuso del metro de Sendai parece
tener ventajas sobre el convencional en
aspectos como confort del viaje, consumo de
energía, etc.
o Desde un punto de vista técnico demuestra que
es posible utilizar conocimiento experto para
diseñar leyes de control y la teoría de sistemas
difusos para trasladar lenguaje natural en
estrategias de control.
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