Whenever you feel like criticizing any one he told me,- just remember that all the people in the world havent had the advantages that youve had

The Great GatsbyF.S.Fitzgerald

Aspectos HistricosNicanor Quijano, PhDProfesor AsociadoDepto de Ingeniera Elctrica y ElectrnicaFacultad de IngenieraDirector GIAP

Qu es Anlisis?Anlisis. (Del gr. ).1. m. Distincin y separacin de las partes de un todo hasta llegar a conocer sus principios o elementos.2. m. Examen que se hace de una obra, de un escrito o de cualquier realidad susceptible de estudio intelectual.3. m. Tratamiento psicoanaltico.4. m. Gram. Examen de los componentes del discurso y de sus respectivas propiedades y funciones.5. m. Inform. Estudio, mediante tcnicas informticas, de los lmites, caractersticas y posibles soluciones de un problema al que se aplica un tratamiento por ordenador.6. m. Mat. Parte de las matemticas basada en los conceptos de lmite, convergencia y continuidad, que dan origen a diversas ramas: clculo diferencial e integral, teora de funciones, etc.~cualitativo: 1. m. Qum. El que tiene por objeto descubrir y aislar los elementos o ingredientes de un cuerpo compuesto.~ cuantitativo: 1. m. Qum. El que se emplea para determinar la cantidad de cada elemento o ingrediente.

Qu es un Sistema?Un sistema es un conjunto de cosas (e.g., personas, clulas, molculas), interconectadas de tal forma que ellas produzcan un patrn de comportamiento a medida que pase el tiempo. El sistema puede ser activado, restringido, o impulsado por fuerzas externas. Sin embargo, la respuesta del sistema a estos elementos externos depende de sus caractersticas.En otras palabras, un sistema consiste de elementos, interconexiones, con una funcin o propsito.Thinking in Systems, D. Meadows

Qu es un Sistema?Un sistema representa un primer nivel de abstraccin, en el cual se ha limitado el problema a estudiar (i.e., un proceso o fenmeno fsico).Por lo general, el sistema se basa en un modelo matemtico, el cual es una herramienta que representa las caractersticas del mismo, basados en una aproximacin.Caractersticas: Sistemas lineales y no linealesSistemas invariantes o variantes en el tiempoSistemas de tiempo continuo o discreto

Qu es Control?Control es un dispositivo que por medio del uso de algoritmos y retroalimentacin regula el funcionamiento de un sistema

Un sistema en malla abierta utiliza un dispositivo actuador para controlar el proceso directamente sin utilizar retroalimentacin.Cmo Controlar: Malla Abierta

Cmo Controlar: Feedbacka) Centrifugal Governor conjunto de flyballs que se estiran a medida que aumenta la velocidadb) La mquina de vapor de Watt utiliza dicho dispositivo para controlar la velocidadO.Mayr, The Origins of Feedback ControlR.Murray and K.Astrom Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers

Mquina de VaporPropsito: Mantener la velocidad de rotacin de la mquina (variable controlada) a una velocidad constante predeterminada (command signal) sin importar los cambios en la carga o la presin del vapor (perturbaciones)

Se logra sensando la velocidad actual y ajustando la vlvula (steam inlet valve).Dorf and Bishop, Modern Control Systems

Mquina de Vapor1788: Boulton le describe a Watt el flyball governorProblemas: Control P con un nico punto de operacin; Slo funciona a velocidades bajas; Mantenimiento permanente

Dorf and Bishop, Modern Control Systems

Figura tomada de IEEECSM, July 2009

Diagramas en BloquesUn sistema de control en malla cerrada utiliza la informacin de la salida y la compara con una entrada deseadaO.Mayr, The Origins of Feedback Control

Tipos de Sistemas RetroalimentadosRegulados: La seal de entrada se mantiene constante durante la operacin normal del sistema, i.e., se disean sistemas que compensen las perturbaciones.

Servomecanismos: La seal de entrada est cambiando permanentemente (tracking) o se mantiene constante. La idea es poder seguir una referencia dada.

Slide tomada de la plenary talk presentada por K.Astrom en la ACC12, Montreal, Canad.

Resumen de ConceptosLa idea primordial de los sistemas retroalimentados es mantener una seal de entrada determinada sin importar las perturbaciones del sistema.El sistema opera en malla cerrada con retroalimentacin negativa.El sistema incluye varios elementos para sensar y comparar en aras de mantener los niveles deseados.

Hasta 1900Relojes de agua descritos por Vitruvius, que se le atribuyen a Tesibios (270 A.C.)Hern de Alejandra emplea una serie de elementos retroalimentados: 1er automatnRaumur: Control de Temperatura en Incubadoras durante el siglo XVIII

Reloj de Agua: TesibiosO.Mayr, The Origins of Feedback Control

Lmpara de Aceite de Filn (250 A.C.)Se asume que abc es aceite, y se coloca una mecha en el aceitede la vasija de ghz.

Similar a un controlador ON-OFFO.Mayr, The Origins of Feedback Control

Hern de Alejandra: PneumaticaO.Mayr, The Origins of Feedback Control

Teora y Estabilidad1868: Maxwell publica On Governors : modelo matemtico ODEs para controlar la turbina de vapor y analizar estabilidad.1877: Routh expone principios de estabilidad.1895: Hurwitz deriva la misma idea

Aleksandr Mikhailovich Lyapunov (1857-1918)Principales ideas para probar estabilidad de sistemas1892: The general problem of the stability of motion

Perodo Pre-Clsico: 1900-19401922: Minorsky presenta un anlisis de control de posicin y sienta las bases del PID.1920s: Black estudia el incremento del BW en lneas de tx telefnica y sienta las bases para negative feedback.

According to Black, it was onAugust 2, 1927 that the concept ofthe negative feedback amplifier cameto me in a flash while I was crossingthe Hudson River on the LackawannaFerry, on my way to work. Heimmediately sketched a block diagramand equations for an amplifierwith feedback on a blank page of hisnewspaper.Electrical Engineering Hall of Fame: Harold S. Black [Scanning our Past], Brittain, J. E., Proceedings of the IEEE, pp. 351 - 353, Vol 99, No. 2, February 2011

1932: Nyquist permite entender los beneficios del feedback y provee herramientas para el anlisis y diseo de sistemas de control sin ODEs = slo respuesta en frecuencia.Electrical Engineering Hall of Fame: Harold S. Black, Brittain, J. E., Proc. of the IEEE, pp. 351 - 353, Vol 99, No. 2, February 2011Electrical Engineering Hall of Fame: Harry Nyquist, Brittain, J. E., Proc. of the IEEE, pp. 1535- 1537, Vol 98, No. 8, August 2010

Perodo Clsico: 1935-19601940: Bode utiliza las ideas de Nyquist, e introduce PM y GM.1942: Ziegler y Nichols publican sus resultados para la sintonizacin.1950s: Coon extiende dicha teora.1950s: Hagen y Brown desarrollan el estudio de diagramas en bloques, y utilizan un primer simulador de sistemas de control por medio de un analizador diferencial.

1939-1945: II WW introduce el control de posicin, control ptimo, Tustin en control discerto, y el anlisis de sistemas discretos.1948: Evans y el lugar de las races.

Primeros libros de control: unin de mltiples disciplinasSlide tomada de la plenary talk presentada por K.Astrom en la ACC12, Montreal, Canad.

Perodo Moderno1948-1952: Bellman genera el principio de optimalidad (RAND); dynamic programming.1956: Pontryagin y el max principle.1950s: Kalman, filtros, estimadores, variables de estado.

Qu Hace un Sistema de Control?Ejemplo: Conducir un automvil.

Podra verse como...

Acciones Bsicas de Control

Intercambiador de CalorReferenciaControladorTrasmisorElemento Final de ControlSensorFigura tomada de Smith & Corripio

La importancia de los componentes presentados radica en que se cumplen las tres operaciones bsicas que deben estar presentes siempre en un sistema de control:MedidaDecisinAccin

Porqu es Necesario el Control?SeguridadProteccin AmbientalProteccin de EquiposOperacin Normal de Planta y tasa de ProduccinCalidad del ProductoOptimizacin de las GananciasMonitoreo y Diagnstico

Sistema de Control: Boiler-Generator

Control en y sobre Redes

Robtica

Sistemas de Control Embebido

Biologa

Repaso de ConceptosQu es control?Qu es feedback?Malla abierta vs. malla cerradaAcciones bsicas de controlTipos de control

Big PictureFigura tomada de la presentacin de D. Liberzon en la ACC08

Flujo de Informacin en Sistemas de ControlSensadoLimitacin de las comunicacionesNecesidad de transmitir la informacin de la mejor formaActuadoresInters terico

Figura tomada de la presentacin de D. Liberzon en la ACC08

EjemploRealice un diagrama en bloques del sistema de control que se muestra en la Figura.Dorf and Bishop, Modern Control Systems

Solucin

EjemploSistema de bsqueda de luz. Complete el sistema de malla-cerrada para que este sistema siga la luz, y haga el diagrama en bloques.Dorf and Bishop, Modern Control Systems

Solucin

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