Historia DEL Control Eléctrico PDF

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Breve resúmen del control eléctrico...

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INGENIERÍA INDUSTRIAL MECATRÓNICA

CONTROL ELÉCTRICO

EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA TAORÍA DE CONTROL

PROFR. USUE LEURA GONZÁLEZ

ALUMNO. BRIONES GONZÁLES JESÚS HUMBERTO

SOLEDAD DE GRACIANO SÁNCHEZ, S. L. P. A 06 DE NOVIEMBRE DE 2020 INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………..……………………… 2 EVOLUCIÓN HISTÓRICA DEL CONTROL ELÉCTRICO………………………………………………………….3

IVÁN POLZUNOV……………………………………………………………………………………………………………4 JAMES WATT…………………………………………………………………………………………………………….…..5 J. C. MAXWELL………………………………………………………………………………………………………………6 HENDRIK WADE BODE……………………………………………………………………………………………..…..7 George devol…………………………………………………………………………………………………………..…..8 PRIMER ROBOT INDUSTRIAL………………………………………………………………………………………..9 APLICACIONES DEL CONTROL ELÉCTRICO……………………………………………………………….…..10 CONCLUSIÓN……………………………………………………………………………………………………………...11 BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………………………………………....13

INTRODUCCIÓN

Durante los últimos años el control industrial ha experimentado profundos cambios, entre los que destaca la aparición de la electrónica, que en la actualidad favorece la fabricación de automatismos complejos y que ha permitido a las empresas descompartimentar las funciones técnicas. Gracias a esta obra, todos los profesionales que se encuentren en una situación análoga y que tengan una influencia más o menos directa en la elección de los productos – especialistas en automatismos, electricistas, mecánicos, informáticos, responsables del instrumental, jefes de compra, etc.– podrán entender mejor su tecnología y afrontar los verdaderos retos del control industrial. Los especialistas en tecnologías electromecánicas podrán mejorar sus nociones de electrónica, y a la inversa, los expertos en electrónica profundizarán sus conocimientos sobre aparatos electromecánicos. La estructura de esta obra de referencia se basa en las principales funciones de los automatismos –control de potencia, tratamiento y adquisición de datos, diálogo hombre-máquina– y su contenido abarca desde los variadores de velocidad, motores sin escobillas (brushless), autómatas programables, detectores y células, y terminales de explotación, hasta los contactores disyuntores, motores asíncronos, contactores, interruptores de posición y pulsadores, pasando por las normas, la coordinación, etc. Esta es, en definitiva, una herramienta pedagógica en cuya concepción, basada en la experiencia de Telemecanique, han primado el espíritu práctico y la sencillez, con el fin de que todos aquellos que se inicien al fascinante mundo de los automatismos adquieran unos conocimientos elementales, aprendan a interpretar los esquemas básicos y conozcan los procedimientos para montar equipos respetando las normas internacionales.

Fig. 1. Control eléctrico (tablero de control eléctrico)

EVOLUCIÓN HISTÓRICA DEL CONTROL ELÉCTRICO Polzunov inventó el primer regulador por flotación. Iván Ivánovich Polzunov (1728 – 27 de mayo de 1766) fue un inventor ruso, creador del primer motor de vapor en su país, que además fue el primer motor de dos cilindros del mundo. Polzunov nació en la ciudad de Turinsk (actualmente en el Óblast de Sverdlovsk, Rusia), hijo de un soldado de origen campesino. Después de graduarse en 1742 en la Escuela de Minas de Ekaterimburgo, pasó a ser aprendiz de Nikita Bakharev, mecánico jefe de las industrias de los Urales. A principios de 1748 ya estaba trabajando en Barnaúl. En la biblioteca de la planta de Barnaúl encontró los trabajos de Mijaíl Lomonósov, que estudió por sus propios medios, así como las descripciones de máquinas de vapor contemporáneas obra de I. Shlatter. En 1763 propuso una original máquina de vapor de 1.8 C.V. (1.2 kW). El diseño utilizaba dos cilindros en el mismo fuste, siendo su funcionamiento completamente independiente de poder disponer de agua en abundancia para enfriar el vapor y provocar por condensación el retroceso del cilindro, lo que hacía a la máquina útil incluso en sitios secos o en zonas montañosas. Este diseño fue un gran paso adelante respecto a las máquinas de vapor contemporáneas, que empleaban el enfriamiento con agua para hacer regresar los pistones, lo que impedía utilizarlas si no se disponía de agua en abundancia

Fig. 2. Regulador de Iván Plzunov.

James Watt inventa la máquina de Vapor y su sistema de control James Watt (Greenock, Escocia, 19 de enerojul./ 30 de enero de 1736greg.-Handsworth, Birmingham, Inglaterra, 25 de agosto de 1819) fue un ingeniero mecánico, inventor y químico escocés. Las mejoras que realizó en la máquina de Newcomen dieron lugar a la conocida como máquina de vapor de agua, que resultaría fundamental en el desarrollo de la primera Revolución Industrial, tanto en el Reino Unido como en el resto del mundo.1 Mientras trabajaba fabricando instrumentos en la Universidad de Glasgow, Watt se interesó en la tecnología de las máquinas de vapor y se percató de que los diseños coetáneos desperdiciaban una gran cantidad de energía enfriando y calentando repetidamente el cilindro. Watt introdujo una mejora en el diseño, el condensador separado, que evitaba la pérdida de energía y mejoró radicalmente la potencia, eficiencia y rentabilidad de las máquinas de vapor. Finalmente adaptó este motor para producir un movimiento rotatorio, lo que amplió enormemente su uso más allá del simple bombeo de agua. Watt intentó comercializar su invento, pero encontró muchas dificultades financieras hasta que se asoció con Matthew Boulton en 1775. La nueva firma Boulton & Watt llegó a tener gran éxito y ambos se enriquecieron. Una vez jubilado, Watt continuó inventando, pero ninguna de sus últimas creaciones fue tan destacada como la mejora de la máquina de vapor. Watt también desarrolló el concepto de caballo de vapor,2 mientras que la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades, el vatio —W— fue nombrada en su honor.

Fig. 3. Máquina de vapor de James Watt.

J.C. Maxwell formuló un modelo matemático para el control de la máquina de vapor de Watt. James Clerk Maxwell (Reino Unido; 13 de junio de 1831-5 de noviembre de 1879) fue un científico escocés especializado en el campo de la física matemática. Su mayor logro fue la formulación de la teoría clásica de la radiación electromagnética, que unificó por primera vez la electricidad, el magnetismo y la luz como manifestaciones distintas de un mismo fenómeno. Las ecuaciones de Maxwell, formuladas para el electromagnetismo, han sido ampliamente consideradas la “segunda gran unificación de la física”, siendo la primera aquella realizada por Isaac Newton. Con su artículo científico "On governors", publicado en los Proceeding of the Royal Society, Maxwell sentó algunas de las bases de la actual teoría del control. En este artículo, el autor discutía algunos aspectos sobre los reguladores centrífugos que se usaban para controlar las máquinas de vapor de la época. El regulador centrífugo es el sensor de una cadena mecánica de retroalimentación, que proporciona un parámetro que es función de la velocidad angular. Este parámetro puede ser un desplazamiento mecánico que actúe sobre una válvula de control de retroalimentación negativa que se suministra a un motor para mantener constante su velocidad. Se compone de dos o más masas en rotación alrededor de un árbol giratorio. Como resultado de la fuerza centrífuga las masas tienden a alejarse del eje de rotación, pero al hacerlo se oponen a un sistema de resorte o a la fuerza de la gravedad a través de un sistema articulado, similar a un péndulo W. Un sistema de palanca transforma el movimiento radial de las masas en deslizamiento axial sobre un collar. Una palanca de cambios tiene esta última para transferir el mecanismo que se quiere controlar, como puede ser la válvula de paso de vapor o de combustible, o de agua en una tubería de carga.

Fig. 4 Regulador centrífugo.

H.W. Bode analizó los primeros amplificadores retroalimentados. Hendrik Alfred Bode (24 de diciembre de 1905 – 21 de junio de 1982) fue un ingeniero, investigador, inventor, autor, y científico estadounidense. Con la llegada de la Segunda Guerra Mundial, Bode cambió su enfoque hacía las aplicaciones militares de su investigación en Sistemas de Control. Él sirvió a su país desarrollando sistemas automáticos de control antiaéreo, donde la información de un radar era usada para proveer datos sobre la localización de las naves enemigas, el cual a su vez realimentaba los mecanismos de artillería antia-aérea para así lograr detectar y seguir la posición del enemigo, en otras palabras, permitía derribar automáticamente las naves enemigas con ayuda de un radar. Los servomotores usados eran accionados de manera eléctrica e hidráulica, el último siendo usado para el posicionamiento de equipo antiaéreo pesado. La señal de radar era asegurada y sus datos eran inalámbricamente mandados a un receptor en tierra que estaba conectado al sistema de control retroalimentado de artillería, causando así que el servo pudiera modificar su posición angular y mantenerla por un tiempo óptimo, para así disparar a las coordenadas calculadas (predichas) de su objetivo y derribarlo. La predicción de las coordenadas era función del director T-10, una especie de computadora eléctrica, así llamada porque era usada para dirigir la posición del cañón con respecto al objetivo aéreo. También calculaba la velocidad promedio basado en la información de posición provista por el radar y predecía su localización futura tomando como base su asumida ecuación de plan de vuelo, el cual era usualmente una función lineal del tiempo. Este sistema funcionaba como una versión temprana del modelo de defensa de misil antibalística.

Fig. 5. Diagrama de Bode.

Georges Devol desarrolló el primer diseño de robot industrial. Para llegar a entender lo que es la robótica a día de hoy, hay que remontarse a los inicios de la misma y, por ello, se debe hablar del Robot Unimate, el robot industrial patentado en 1948. George Devol, un pionero dentro de la industria robótica, fue el inventor de lo que se considera el primer robot industrial y el nombre del mismo fue Unimate. La idea que Devol tenía en mente era la de construir una máquina que permitiese adaptarse al entorno y hacer más fácil el trabajo dentro de la industria. Su función era la de desplazar diferentes piezas a lo largo de una cadena de montaje y la de soldar los elementos que manipulaba finalmente en un vehículo. Uno de los motivos de la creación de este robot fue la seguridad de los empleados de la fábrica, los cuales podían exponerse a situaciones muy peligrosas para las que no estaban preparados. Con el paso del tiempo, esta misma patente fue evolucionando hacia otros prototipos mejores que iban adaptándose a las mejoras tecnológicas. Por ejemplo, Unimate consiguió convertirse en un robot programable: PUMA. PUMA actualmente presenta las bases de la mayoría de los elementos electrónicos que se generan dentro del mundo de la robótica.

Fig. 6. Unimate, primer robot industrial, alo 1961.

APLICACIONES DE LA INGENIERIA DE CONTROL Medicina y bioingeniería Control de vehículos Instrumentación Sistema armamentista Ingeniería ambiental Industria del proceso Ingeniería espacial Industria de la producción Industria de la manufactura

Fig. . Control eléctrico en automóviles.

CONCLUSIÓN La Ingeniería de control es una disciplina que se focaliza en modelizar matemáticamente una gama diversa de sistemas dinámicos y el diseño de controladores que harán que estos sistemas se comporten de la manera deseada. Aunque tales controladores no necesariamente son electrónicos y por lo tanto la ingeniería de control es a menudo un subcampo de otras ingenierías como la mecánica. Dispositivos tales como circuitos eléctricos, procesadores digitales y los microcontroladores son muy utilizados en todo sistema de control moderno. La ingeniería de control tiene un amplio rango de aplicación en áreas como los sistemas de vuelo y de propulsión de los aviones de aerolíneas, militares, en la carrera espacial y últimamente en la industria automotriz. El objetivo del control automático es poder manejar con una o más entradas (o referencia), una o más salidas de una planta o sistema, para hacerlo, la idea más primitiva es colocar entre la referencia y la planta, un controlador que sea el inverso de la función de transferencia de la planta, de tal manera que la función de transferencia de todo el sistema (la planta más el controlador), sea igual a uno; logrando de esta manera que la salida sea igual a la entrada; esta primera idea se denomina control en la lazo abierto. Un ejemplo clásico de control en lazo abierto es una lavadora de ropa ya que ésta funciona durante un ciclo predeterminado sin hacer uso de sensores. Las desventajas que tiene el control por lazo abierto son: -Jamás se conoce la planta, a lo más se puede conocer un modelo aproximado, por lo que no se puede lograr el inverso perfecto. -No se puede usar para controlar plantas inestables. -No compensa perturbaciones en el sistema. -Si la planta tiene grado relativo mayor que cero, no se puede crear un controlador que la invierta, ya que no se puede hacer una función de transferencia con grado menor que cero. -Es imposible invertir perfectamente una planta, si esta tiene retardos, ya que su inverso sería un adelanto en el tiempo (se debería tener la capacidad de predecir el futuro). Una idea más avanzada, y más ampliamente implementada, es el concepto de feedback o realimentación, en que se usa la medición de la salida del sistema, como otra entrada del mismo, de tal forma que se puede diseñar un controlador que ajuste la actuación para variar la salida y llevarla al valor deseado. Por ejemplo el cuerpo humano realiza un control por realimentación para mantener la homeostasis, tiene sensores para cada elemento en el cuerpo y si es que se detecta una cantidad anormal, el cuerpo tiene sistemas para compensarlo (estos sistemas serían el controlador), los que produce una actuación (cierra válvulas, produce más sustancia, etc.) hasta que los sensores le indican al cuerpo que ya se alcanzó el equilibrio; otro ejemplo : en un automóvil con control de crucero la velocidad se sensa y se retroalimenta continuamente al sistema que ajusta la velocidad del motor por medio del suministro de combustible al mismo, en este último caso la salida del sistema

sería la velocidad del motor, el controlador sería el sistema que decide cuanto combustible echar de acuerdo a la velocidad y la actuación sería la cantidad de combustible suministrado. Las ventajas que tiene el control por retroalimentación son: -Puede controlar sistemas inestables -Puede compensar perturbaciones -Puede controlar sistemas incluso si estos tienen errores de modelado Desventajas: -El uso de sensores hace más caro (en dinero) el control -Se introduce el problema del ruido, al hacer la medición

Fig. Ingenieros de control eléctrico.

BIBLIOGRAFÍA MERLIN GERIN. (1999). MANUAL ELECTROTÉCNICO. ESPAÑA: SCHNIDER ELECTRIC ESPANA. RAMÓN PIEDRAFITA MJORENO (1999). EVOLUCIÓN HIST´RICA DE LA INGENIERÍA DE CONTROL...