Materiales de ingeniería en procesos industriales clase 1
Tema 1.2 icpa historia
1. UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA
FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL Y
SANITARIA
CURSO:
INSTRUMENTACION Y CONTROL DE
PROCESOS AMBIENTALES
TEMA:
INSTRUMANETACION Y
CONTROL DE PROCESOS
Dr. PEDRO CORDOVA MENDOZA
ICA-PERU 5 de Abril del 2013 1
2. INTRODUCCION
• El control automático ha desempeñado una función Vital
en el avance de la ingeniería y la ciencia.
• Además de su extrema importancia en los sistemas de
vehículos espaciales, de guiado de misiles, robóticos y
similares, el control automático se ha vuelto una parte
importante e integral de los procesos modernos
industriales y de manufactura.
• Por ejemplo, el control automático es esencial en el
control numérico de las máquinas herramienta de las
industrias de manufactura, en el diseño de sistemas de
pilotos automáticos en la industria aeroespacial, y en el
diseño de automóviles y camiones en la industria
automotriz.
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3. INTRODUCCION
• También es esencial en las operaciones industriales
como en el control de
presión, temperatura, humedad, viscosidad y flujo en las
industrias de proceso.
• Debido a que los avances en la teoría y la práctica del
control automático aportan los medios para obtener un
desempeño óptimo de los sistemas dinámicos, mejorar la
productividad, aligerar la carga de muchas operaciones
manuales repetitivas y rutinarias, así como de otras
actividades, casi todos los ingenieros y científicos deben
tener un buen conocimiento de este campo.
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4. HISTORIA
• El primer trabajo significativo en control automático fue
el regulador de velocidad centrífugo de James Watt para
el control de la velocidad de una máquina de vapor, en el
siglo XVIII. Minorsky, Hazen y Nyquist.
• En 1922, Minorsky trabajó en los controladores
automáticos para dirigir embarcaciones, y mostró que la
estabilidad puede determinarse a partir de las
ecuaciones diferenciales que describen el sistema.
• En 1932, Nyquist diseñó un procedimiento relativamente
simple para determinar la estabilidad de sistemas en
lazo cerrado, con base en la respuesta en lazo abierto en
estado estable cuando la entrada aplicada es una
senoidal.
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5. HISTORIA
• En 1934, Razen, quien introdujo el término
servomecanismos para los sistemas de control de
posición, analizó el diseño de los servomecanismos con
relevadores, capaces de seguir con precisión una entrada
cambiante.
• Durante la década de los cuarenta, los métodos de la
respuesta en frecuencia hicieron posible que los
ingenieros diseñaran sistemas de control lineales en lazo
cerrado que cumplieran con los requerimientos de
desempeño. A finales de los años cuarenta y principios
de los cincuenta, se desarrolló por completo el método
del lugar geométrico de las raíces propuesto por Evans.
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6. HISTORIA
• Conforme las plantas modernas con muchas entradas y
salidas se vuelven más y más complejas, la descripción
de un sistema de control moderno requiere de una gran
cantidad de ecuaciones. La teoría del control clásica, que
trata de los sistemas con una entrada y una salida,
pierde su solidez ante sistemas con entradas y salidas
múltiples.
• Desde alrededor de 1960, debido a que la disponibilidad
de las computadoras digitales hizo posible el análisis en
el dominio del tiempo de sistemas complejos, la teoría de
control moderna, basada en el análisis en el dominio del
tiempo y la síntesis a partir de variables de estados, se
ha desarrollado para enfrentar la creciente complejidad
de las plantas modernas y los requerimientos limitativos
respecto de la precisión, el peso y el costo en
aplicaciones militares, espaciales e industriales.
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7. HISTORIA
• Durante los años comprendidos entre 1960 y 1980, se
investigaron a fondo el control óptimo tanto de sistemas
determinísticos como estocásticos, y el control
adaptable, mediante el aprendizaje de sistemas
complejos. De 1980 a la fecha, los descubrimientos en la
teoría de control moderno se centraron en el control
robusto, el control de Roa y temas asociados.
• Ahora que las computadoras digitales se han vuelto más
baratas y más compactas, se usan como parte integral
de los sistemas de control. Las aplicaciones recientes de
la teoría de control moderna incluyen sistemas ajenos a
la ingeniería, como los
biológicos, biomédicos, económicos y socioeconómicos.
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8. CONTROL CLÁSICO vs
CONTROL MODERNO
* El control clásico está pensado para sistemas:
Continuos – Lineales – Invariantes en el tiempo.
* Y el control moderno para sistemas Digitales -
lineales o no lineales - generalmente usan técnicas
de espacio de estado.
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9. CONTROL CLASICO
• El control clásico hace uso de los métodos de regulación
tales como: sistemas mecánicos, hidráulicos, neumáticos
o eléctricos y electrónicos.
•La característica principal del control clásico es que todas
las señales son continuas y que los sistemas son lineales.
Si no son lineales, se realizan estrategias de linealización.
•Los sistemas que conforman al control clásico son
univariables y lo mas importante son invariantes en el
tiempo.
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10. CONTROL MODERNO
* El Control Moderno se diferencia del control clásico desde
la llegada de los sistemas digitales.
• El procesador es la principal herramienta del Control
Moderno, dando la posibilidad de implementar controles
de sistemas no lineales y multivariales.
• El Control Moderno se forma a partir de varias ramas de
estudio, siendo las mas importantes, El Control
Adaptativo, El Control Robusto y El Control Inteligente.
* El Control Robusto busca independizar el control de
posibles incertidumbres en el modelo de la planta.
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11. CONTROL MODERNO
• El Control Inteligente se basa el las técnicas de inteligencia
artificial, que tratan de emular las estrategias del
pensamiento humano, usando el procesamiento digital.
• Algunas de ellas son la lógica difusa, las redes
neuronales, los algoritmos genéticos.
• El Control Adaptativo busca resintonizar de forma
automática el sistema de control ante variaciones de las
características físicas de la planta. Matemáticamente
independizan el control de las variaciones del modelo.
* En general el Control Digital se hace por medio de
herramientas matemáticas como el Espacio de Estado. Las
propiedades de herramientas como esta es que se hace
irrelevante el número de entradas y salidas (Multivariable).
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12. SISTEMA AUTOMATICO
DE CONTROL
DEFINICIONES Y CONCEPTOS
• SISTEMA: Conjunto de elementos
físicos, relacionados, que afectan de determinada
manera las señales que le entran, para transformarlas
en otras que salen. Sistemas Mecánicos, Sistemas
Físicos, Sistemas Biológicos.
• PLANTA: Sistema físico que debe ser controlado para
que se lleve a cabo de manera satisfactoria una función
determinada.
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13. SISTEMA AUTOMATICO
DE CONTROL
DEFINICIONES Y CONCEPTOS
• PROCESO: Es cualquier operación que deba controlarse.
Procesos químicos, económicos, biológicos.
• CONTROL: Sistema que de alguna manera se la añade a
la planta, donde la diferencia entre la entrada y la salida
(el error) disminuya.
• ELEMENTO FINAL DE CONTROL: Es conocido como el
actuador y es un elemento controlable que se acciona
para regular la salida del sistema.
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14. SISTEMA AUTOMATICO
DE CONTROL
DEFINICIONES Y CONCEPTOS
• VARIABLE CONTROLADA: Variable que se desea
mantener dentro de las especificaciones definidas para el
sistema.
• VARIABLE MANIPULADA: Variable que se relaciona
con la variable controlada a través de la dinámica de la
planta.
• PERTURBACIÓN: Señal de entrada indeseable y
aleatoria que tiende a afectar de manera negativa la
salida de un sistema.
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15. SISTEMA AUTOMATICO
DE CONTROL
DEFINICIONES Y CONCEPTOS
• ERROR: Señal Resultante de la comparación entre la
entrada y la salida.
• REALIMENTACIÓN: Conocida también como la retro-
alimentación, se define como la variable resultante de
la medición de la salida o variable controlada del
sistema.
• REFERENCIA: Señal de entrada que define el valor
deseado o consigna.
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16. SISTEMA DE CONTROL DE
LAZO CERRADO
(Close loop)
• Con frecuencia se llama así a los sistemas de control
retroalimentado. En la práctica, se utiliza
indistintamente la denominación control retroalimentado
("feedback") o control de lazo cerrado("closed loop"). La
señal de error actuante, que es la diferencia entre la
señal de entrada y la de retroalimentación (que puede
ser la señal de salida o una función de la señal de salida
y sus derivadas), entra al controlador para reducir el
error y llevar la salida a un valor deseado. Esta
retroalimentación se logra a través de la acción de un
operador (control manual) o por medio de instrumentos
(control automático)
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17. SISTEMA DE CONTROL DE
LAZO CERRADO
(Close loop)
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18. SISTEMA DE CONTROL DE
LAZO ABIERTO
(Open loop)
• Los sistemas en los que la salida no tiene efecto sobre la
acción de control, se denominan sistemasde control de
lazo abierto ("open loop"). En otras palabras, en un
sistema de control de lazo abierto la salida ni se mide ni
se retroalimenta para compararla con la entrada. Un
ejemplo práctico loconstituye una lavadora de ropa
domestica. El remojo, lavado y enjuague en la lavadora
se cumplen por tiempos. La máquina no mide la señal de
salida, es decir, la limpieza de la ropa.
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19. SISTEMA DE CONTROL DE
LAZO ABIERTO
(Open loop)
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20. REALIMENTACION
• Se define como la propiedad que tienen los sistemas CL
que permite que la variable controlada sea comparada
(directa o indirectamente) con la referencia del
sistema, de tal manera que pueda llevarse a cabo la
acción de control.
• Una realimentación bien aplicada:
• Incrementa la exactitud del sistema.
• Reduce la sensibilidad de la salida a perturbaciones
externas y a las variaciones de los parámetros
internos.
• Incrementa el ancho de banda del sistema, que se
define como: el rango de funcionamiento en el cuál el
sistema responde satisfactoriamente.
• Una realimentación aplicada mal, puede tender a la
oscilación o a la inestabilidad.
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22. SERVOMECANISMOS
• Un servomecanismo es un sistema
formado de partes mecánicas y
electrónicas que en ocasiones son usadas
en robots, con parte móvil o fija. Puede
estar formado también de partes
neumáticas, hidráulicas y controlado con
precisión. Ejemplos: brazo
robot, mecanismo de frenos automotor, etc.
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