CONTROLESPresentación del Curso

Introducción a la AutomatizaciónDefiniciones y Términos Asociados a 

Sistemas de Control

Ing., M.Sc., Ph.D. Diego Alejandro Patiño Guevara

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Asignaturas Sección Controles

CICLO BÁSICO

ELECTIVAS ÉNFASIS

ASIGNATURAS

MAESTRÍA

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Asignaturas Sección ControlesCiclo Básico

SISTEMAS DINÁMICOS

CONTROLESAnálisis y diseño sistemas de control en tiempo continuo y 

discreto (teoría clásica)

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Asignaturas Sección ControlesElectivas Énfasis

LABORATORIODE CONTROL

Modelado sistemas,Implementación 

COTS, controladores 

industriales, SW

CONTROL DE PROCESOS

Control aplicado a procesos químicos

CONTROL LÓGICO Y 

SECUENCIALAnálisis y diseño de controladores para procesos discretos 

y secuenciales

VISIÓN ARTIFICIAL

Sistema visual humano,

Análisis de estrategias de visión artificial

AUTOMATIZACIÓN DE EDIFICIOS

HVAC, Life Safety, Security

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Asignaturas Sección ControlesAsignaturas Maestría

SISTEMAS LINEALES

Fundamentos matemáticos de 

representación en variables de estado, 

análisis y diseño

CONTROL ROBUSTOElementos 

introductorios, técnicas 

optimización (LQ, LQG, H∞) y μ 

análisis

IDENTIFICACIÓN DE SISTEMAS

Estima de modelos, método error de 

predicción, método set membership, 

sistemas no lineales

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

Automatización en procesos c ontinuos 

y manufactura, buses de campo, control avanzado

INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

Principios de instrumentación, 

tecnologías disponibles, criterios 

de selección

CONTROL  DIGITALAnálisis, diseño e 

implementación de sistemas en tiempo 

discreto.

CONTROL  ÓPTIMOFundamentos de la técnica de control 

óptimo.

Introducción a los sistemas automáticos

➢La automatica o control (automático) de sistemas trata de regular, con la mínima intervención humana, el comportamiento dinámico de un sistema mediante órdenes de mando➢Sistema: Conjunto de elementos, físicos o abstractos, relacionados entre sí de forma que modificaciones o alteraciones en determinadas magnitudes en uno de ellos pueden influir o ser influidas por los demás.➢Variables del sistema: Magnitudes que definen el comportamiento de un sistema. Su naturaleza define el tipo de sistema: mecánico, químico, eléctrico, electrónico, económico, término,...

Introducción a los sistemas automáticos

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Introducción a los sistemas automáticos

➢Control manual:

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Introducción a los sistemas automáticos

➢Variables de un sistema:

➢Variables de estado: Conjunto mínimo de variables tal que, conocido su valor en un instante dado permiten conocer la respuesta (variables del salida) del mismo ante cualquier señal de entrada o perturbación.

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Introducción a los sistemas automáticos

➢Otras definiciones de interés.✔ Planta: equipo con el objetivo de realizar una operación

o función determinada. Es cualquier equipo físico que se pueda controlar (motor, horno, reactor, ...).

✔ Proceso: cualquier serie de operaciones que se desea controlar con un fin determinado.

✔ Perturbación: señal de comportamiento no previsible que tiende a afectar adversamente al valor de la salida de un sistema.

✔ Realimentación: operación que, en presencia de perturbaciones tiende a reducir la diferencia entre la salida y la entrada de referencia, utilizando la diferencia entre ambas como parámetro de control.

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Introducción a los sistemas automáticos

➢Otras definiciones de interés.✔ Servomecanismo: sistema de control realimentado en

el cual la salida es una magnitud de tipo mecánico(posición, velocidad o aceleración).

✔ Sistema de regulación automática: sistema de control realimentado en el que la entrada de referencia y/o la salida deseada varían lentamente con el tiempo.

✔ Control en lazo (bucle) abierto: señal de control el que la salida no tiene efecto sobre la acción de control.

✔ Control en lazo (bucle) cerrado: aquel en el que la salida tiene efecto directo sobre la señal de control.

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Introducción a los sistemas automáticos

➢Primeros ejemplos (griegos y árabes) de control automático✔ Reloj de agua, Ktesibio (flotador): 270 a.c.✔ Lámpara de aceite de nivel constante, Philon de

Byzantinum: 250 a.c.

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Lámpara de aceite Reloj de agua

Introducción a los sistemas automáticos

➢Revolución Industrial:✔ J. Watt inventó, en 1769, la máquina de vapor con

regulador automático de velocidad.

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Introducción a los sistemas automáticos

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➢Revolución “electrónica”✔ G. Philbrick comercializó, en 1952, el primer

amplificador operacional (electrónica analógica).✔ T. Hoff (Intel) desarrolla, en 1971, el microprocesador

4004 (electrónica digital)

Amplificador operacional

Microprocesador

Control en lazo abierto

✔ La señal de entrada (o referencia) u(t) actúa directamente sobre dispositivos de control (regulador), para producir por medio del actuador, el efecto deseado en las variables de salida y(t).✔ El regulador NO comprueba el valor que toma la salida.✔ Problema: Claramente sensible a las perturbaciones que se produzcan sobre la planta.

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Control en lazo abierto (Ejemplos)

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Control en lazo cerrado

✔ La salida del sistema se mide por medio de un sensor y se compara con el valor de referencia u(t).✔ De manera intuitiva se deduce, de este modo, el sistema de control podría responder mejor ante las perturbaciones que se produzcan sobre el sistema.

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Control en lazo cerrado (ejemplos)

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Control en lazo cerrado (ejemplos)

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Realización tecnológica del control➢ Control Todo/Nada✔ Lógica de control cableada (electrotecnia).Elementos todo/nada: relés, termopares,

etc.

➢ Control digital con datos muestrados:✔ Uso de teclogía digital (microprocesador).✔ Mayor flexibilidad en el control.

➢Control de eventos discretos:✔ Respuesta ante eventos. Señales binarias.✔ Teoría de estados: Sistema PLC.

➢ Control análogico:✔ Circuito electrónicos analógicos. Aparece PID.

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Tipos de sistemas de automatización industrial.

➢Procesos industrales continuos:✔ Químicos, farmacéuticos, metales básicos, petróleo,

comida, bebidas, generación de energía eléctrica...➢Procesos industrales discretos:✔ Automóviles, aviones, aparatos, computadores,

maquinaria y en general otros componentes con los cuales estos productos son ensamblados.

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Introducción a la AutomatizaciónEstructura Jerárquica

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Introducción a la AutomatizaciónDominios de Control

•Control Regulatorio

•Control Lógico

•Control Secuencial

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Introducción a la AutomatizaciónDominios de Control

Control Regulatorio (Continuo)

• Multilazo.

• Lazo sencillo (single loop controller – SLC).

• Controladores de tres términos (PID).

• Estrategias de control basadas en error.

• Ajuste de variables de proceso a valores deseados.

• Cascada, relación, gama partida, sobre mando.

• Autosintonía, alarmas, límites de salida, seguimiento, etc.

Introducción a la AutomatizaciónDominios de Control

Control Regulatorio (Continuo)

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Introducción a la AutomatizaciónDominios de Control

Control Lógico (Discreto)

• Manejo por eventos: controlador responde a eventos que modifican el estado del sistema – control combinatorio

• Programa de control de ejecución cíclica.

• Las variables cambian en instantes discretos de tiempo.

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Introducción a la AutomatizaciónDominios de Control

Control Secuencial

• Recetas de control (recipes)

• Manejo de operaciones por tandas.

• Manejo por tiempo: los cambios se ejecutan en un intervalo dado o después de un ΔT determinado – control secuencial.

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Estructura de un sistema de control de lazo cerrado

El objetivo del control automático de procesos es mantener en determinado valor de operación las variables del proceso.

Sistema de Control: Interconexión de componentes que conforman un sistema, el cual puede proveer una respuesta deseada.

Dado que la señal deseada se conoce, se emplea una señal proporcional al error (diferencia) entre la señal deseada y la respuesta real generada.

Sistema Retroalimentado

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Estructura de un sistema de control de lazo cerrado

Sistemas de Control en Lazo Cerrado:u t =f r t , y t

Características

•Reducción del error en estado estacionario.

•Mejoramiento del rechazo a ruido.•Facilidad en el control y ajuste de la respuesta transitoria.

•Atenuación de la sensibilidad de disturbios y perturbaciones en el sistema.

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Definición de Bloques y de Variables Variable controlada y variable manipulada: la variable

controlada es la cantidad o condición que se mide y controla. La variable manipulada es la cantidad o condición que el controlador modifica para afectar el valor de la variable controlada. Normalmente, la variable controlada es la salida (el resultado) del sistema.

Punto de Control (Set – Point): es el valor que se desea que tenga la variable controlada.

Perturbación: es cualquier variable (interna o externa) que ocasiona que la variable de control se desvíe del punto de control.El objetivo del sistema de control automático de proceso es

utilizar la variable manipulada para mantener a la variable controlada en el punto de control a pesar de las perturbaciones.