Reseña del desarrollo de los sistemas de control

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El control ha tenido un desarrollo impresionante en los últimos años, con el desarrollo de nuevas tecnologías es claro ver la aplicación del control. Sin embargo a lo largo del tiempo ha sufrido grandes evoluciones que iniciaron aproximadamente en el año 300 a.c. donde a los griegos y árabes les surgió la necesidad de medir de forma exacta al tiempo lo cual los llevó a realizar grandes aportaciones a la teoría y a la práctica del control automático. Con el inicio de la Revolución Industrial y la invención de la máquina de vapor, se inició paralelamente la necesidad de realizar un sistema de control para poder manipular los diferentes parámetros de esta máquina. Tanto en la Primera como en la Segunda Guerra Mundial, la necesidad de implementar diferentes controles para barcos, aviones y demás, motivó y, a su vez, provocó que diferentes personas se vieran involucradas en el desarrollo de los mismos, dándose en estas etapas un gran aporte al desarrollo del Control Automático. Desde el punto de vista teórico, la Ingeniería de Control se empieza a consolidar cuando se produce el traslado y aplicación de los conocimientos adquiridos en los problemas de amplificación de señales a los problemas de control industrial. Estos estudios desembocan en la llamada Teoría Clásica de Control, en la cual se utilizaban como herramientas matemáticas los métodos de Transformación de Laplace y Fourier y la descripción externa de los sistemas. Desde el año de 1957, cuando empieza la era espacial y de la informática, y hasta nuestros días, con el desarrollo tecnológico en las diferentes áreas, el Control Automático es algo con lo que se convive día a día, y haciendo que la vida de cada persona sea más fácil. El incremento de las demandas tecnológicas de nuestros tiempos ha generado sistemas muy complejos los cuales necesitan un control más sofisticado para asegurar un desempeño en condiciones adversas dando de esta forma paso al control inteligente que es el que predomina en nuestros tiempos.

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En resumen, a lo largo de la historia, desde aquella inquietud de los griegos y árabes por tener control con respecto al tiempo, la revolución industrial en Europa, el comienzo de la comunicación de masas en la primera y segunda guerra mundial, el comienzo de la era especial y del computador en 1957, hasta nuestros días con la aparición del control automático e inteligente. El desarrollo de esta gran área ha estado estrechamente relacionado con la necesidad de los diferentes grupos humanos de manipular los diferentes sistemas con el objeto de conseguir que la vida de cada persona sea más fácil y placentera. Los sistemas de control evolucionaron impresionantemente dando cambios radicales a lo largo de la vida, generación tras generación. Desde sistemas que pueden parecer muy simples como tener el control del tiempo hasta la generación y aplicación de la robótica así como el sistema de comunicaciones, en la manufactura, el control de tráfico, por mencionar algunas de las tantas áreas donde se tiene aplicación del control.

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Desarrollo El primer dispositivo realimentado fue el reloj de agua inventado por el griego Ktesibios en Egipto, aproximadamente, en el tercer siglo a.C. El reloj de agua fue implementado mediante un regulador de flotador, el cual tenía la función de mantener el nivel del agua de un tanque a una profundidad constante. Al ser la profundidad de agua constante, se produce un flujo también constante que atraviesa por un tubo y llena un segundo tanque. Según sea el nivel del segundo tanque así será el tiempo transcurrido. El flotador de este reloj funcionaba de manera que mediante una válvula se controlaba el nivel del agua del tanque por lo que la misma se abría en caso de que el nivel del tanque bajara y se cerraba cuando se llegaba al nivel deseado. El flotador era el encargado de medir el nivel del tanque e indicarle a la válvula como debía permanecer.

En 1354 se construyó el famoso reloj de Estrasburgo (Suiza); era un reloj en forma de ave, hecho de metal que no sólo podía abrir el pico, sacar la lengua y cantar, sino que además podía extender sus plumas y mover sus alas. El término autómata primero apareció en inglés en el año 1625 y se relacionó con la idea de la Inteligencia Artificial. Durante el Renacimiento en Europa, los trabajos de Héros se redescubrieron y sus ideas y apuntes de sus experimentos inspiraron a los inventores y creadores del autómata.

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La Revolución Industrial en Europa logró la introducción de motores principales o máquinas auto-conducidas. Ésto vino marcado por la invención de molinos de grano avanzados, hornos, calderas, y el motor de vapor. Estos dispositivos no se podían regular adecuadamente a mano, por lo que surgió una nueva exigencia para los sistemas de control automáticos. Una variedad de dispositivos de control fue inventada, incluyendo los reguladores de flotador, de temperaturas, de presión y dispositivos de control de velocidad. Alrededor de 1624, J.Kepler desarrolló un sistema de control automático de temperaturas para un horno, motivado por su creencia, basada en que los metales podrían transformase en oro manteniéndolos a una temperatura exactamente constante durante largos períodos de tiempo. También usó este regulador de temperatura en una incubadora para pollos. Hubo dos aspectos principales para los cuales fue necesario perfeccionar y profundizar el sistema del regulador de flotador. La caldera de un motor de vapor y los sistemas de distribución doméstica de agua. En 1746, W. Salmon publicó precios para reguladores de flotador usados para mantener el nivel de depósitos de agua en casas. Este regulador se usó en las primeras patentes para el rubor toilet alrededor de 1775. El empleo más temprano de un regulador de válvula de flotador conocido fue en una caldera de vapor descrito en una patente publicada a J. Brindley en 1758. S.T. Wood usó un regulador de flotador para un motor de vapor en su cervecería en 1784. Hacia 1791, cuando el

regulador fue adoptado por la firma de Boulton y Watt, se usaba más comúnmente en motores de vapor.

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Además de controlar el líquido en la caldera, era necesario aprender a regular la presión del vapor para mantenerla constante. En 1681, D. Papin inventó una válvula de seguridad para una cocina de presión, y en 1707 la usó como un dispositivo de regulación de su motor de vapor. Esto se convirtió, entonces, una característica habitual de los motores de vapor. Un regulador de presión más refinado fue realizado en 1799 por R. Delap y M. Murray. De esta forma se combinó el avance en los reguladores de flotadores y de presión para el control de motores de vapor en 1803. Los primeros motores de vapor proporcionaron un movimiento intermitente en la salida que fue regulado usando un dispositivo conocido como catarata, similar a una válvula de flotador. La catarata se originó en los motores de bombeo de las minas de carbón de Cornwall. El motor de vapor de J. Watt producía un movimiento de salida rotatorio, el cual había alcanzado la madurez hacia 1783, cuando se vendió el primero. El incentivo principal para su desarrollo fue, claramente, la esperanza de introducir a un motor principal laminado. Usando el motor de salida rotatorio, el molino de vapor de Albión comenzó la operación en 1786.

El desarrollo de la tecnología provocó la necesidad de una distribución eléctrica más adecuada. En 1880, G. Westinghouse en EEUU y S. Z. de Ferranti en Inglaterra demostraron las ventajas de llevar la corriente de manera alterna.

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Por este motivo se hizo necesario idear y perfeccionar métodos de regulación del voltaje sin importar la variación de la frecuencia debido a que la mayoría de cargas eran sólo luminarias. En 1902, General Electric diseñó lo que se llamó el regulador “Tirill”, el cuál fue el más usado en la época. Más tarde, fue aumentando el número de aplicaciones con dispositivos sensibles a las variaciones de frecuencia y mantener este parámetro constante se hizo más importante, por lo que se hicieron avances en el control de la frecuencia durante 1920, empleando un motor para controlar el punto de operativo de la turbina en el generador. A principios del siglo XX, hubo una necesidad industrial de instrumentos capaces de medir, grabar y controlar presiones, temperaturas y otras variables. Desde mediados de 1930 Estados unidos ha mantenido un liderazgo sobre otras potencias como Europa en materia de instrumentos controladores y sensores. Los controladores automáticos eran de tres tipos, mayormente: - Relé eléctrico con válvula operada por un solenoide que da una acción de on/off. - Relé eléctrico con válvula operada por un motor una acción proporcional de banda ancha. - Relé neumático. Otra etapa muy importante en el desarrollo de sistemas de control realimentado fue en la primera mitad del siglo XX con las guerras mundiales. La lucha de los diferentes países por tener las armas e implementos más

avanzados, dio paso a un gran auge en la investigación tecnológica. En este periodo el Control Automático no fue la excepción por lo que su desarrollo en sistemas de navegación, aviación y demás fue rápido y conciso. El tema de estabilidad del control apareció como una entidad reconocible a principios del siglo XX, en parte debido al trabajo pionero teórico de Lancaster y Bryan.

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Los pioneros de la aviación Lilenthal, Maxim, Lanchester, Pilcher, Chancute y Langley, intentaron construir un avión que tenía estabilidad inherente. Los hermanos Wright rechazaron el dogma de estabilidad inherente y deseaban que el piloto “pilotara su avión”. Los diseñadores vieron dos posibilidades: proveer al piloto de instrumentación para indicarle el comportamiento del avión o suministrarle el control automático. Durante la Segunda Guerra Mundial, Los Estados Unidos se vieron en la necesidad de desarrollar nuevas tecnologías incluyendo técnicas e instrumentos tecnológicamente avanzados en la industria del control. Un ejemplo de esto, es la expansión de las refinerías con el fin de aumentar la producción debido a la gran demanda de combustible para la aviación. Otros avances que también representan gran importancia fueron: el proyecto Manhatan, el cual produjo la bomba atómica, el desarrollo de la gasolina de alto octanaje para la aviación, el caucho sintético y la penicilina. Conforme las plantas modernas con muchas entradas y salidas se vuelven más y más complejas, la descripción de un sistema de control moderno requiere una gran cantidad de ecuaciones. La teoría de control clásica que trata de los sistemas con una entrada y una salida, pierde su solidez ante sistemas con entradas y salidas múltiples. Desde 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 a la precisión, el peso y el coste en aplicaciones militares, espaciales e industriales.

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Conclusión En definitiva, los sistemas de control han sido y serán la base para facilitarnos la vida, a medida que la tecnología avanza es más fácil realizar tareas diarias. Se puede decir que el desarrollo de los sistemas de control ha supuesto que los objetos de consumo posean una autonomía tal que funcionan prácticamente sin intervención de las personas, no solo en la industria, sino también en el hogar. Así, aparatos como microondas, sistemas de calefacción y aire acondicionado, alarmas antirrobo, ordenadores, etc., son aparatos que usamos habitualmente, mejorando la calidad de vida de las personas y realizando funciones de forma automática.

www.sapiensman.com/control_automatico/control_automatico6.htm www.forosdeelectronica.com/tutoriales/historiacontrol.htm