Clase_01

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Control de Sistemas 
Dinámicos
Dr. Carlos Alberto Cruz Villar
cacruz@cinvestav.mx
Objetivo del Curso
Introducir las principales caracteristicas y métodos clásicos de
análisis de sistemas de control, con especial énfasis en los
sistemas de tiempo continuo
Mecatrónica
■ La Mecatrónica describe una filosofía de diseño en la 
ingeniería: 
La integración sinérgica de la ingeniería
mecánica, electrónica, computación y control
para el diseño y la manufactura de productos y
procesos inteligentes.
¿Qué es control?
Cambio Control
¿Qué haces si sientes …?
¿Usaste control hoy?
¿Qué es control?
• Control es una tecnología clave en todas las ramas de la ingeniería, así como
en los sistemas biológicos, sociales, financieros, etc. Frecuentemente, el
controlador es invisible al usuario.
• Los métodos de control se usan dónde se requiere que alguna cantidad, tal
como temperatura, altitud o velocidad, se comporte de alguna manera
deseada en el tiempo.
Aplicaciones de control
• Control se usa extensamente en la industria para operar plantas a su
máxima eficiencia, con el mínimo impacto ambiental, mientras se hacen
productos con altas especificaciones de calidad.
Aplicaciones de control
• Una planta como la anterior sería prácticamente imposible de operar sin
sistemas de control:
• Temperatura
• Flujo
• Nivel
• Cadenas de suministro
• Maximización de la calidad del producto
• Minimización del costo de producción
• Emisiones para cumplimiento de regulaciones, etc.
Aplicaciones de control
• Se emplea en una gran variedad de dispositivos que simplemente no serían
posible sin control:
• Amplificadores de Instrumentación
• Autopilotos de aeronaves
• Teléfonos celulares
• Frenos ABS en vehículos
• Robots de automatización
Usos de la teoría de control
• Teoría de control y de sistemas se emplea en:
• Sistemas económicos
• Mecanismos inflacionarios
• Políticas fiscales
• Sistemas biológicos
• Mecanismos de regulación de células
• Dinámica poblacional
• Epidemiología
Implementaciones
• Los controladores generalmente se implementan en microprocesadores
embebidos, que reciben señales de sensores y proporcionan señales de
comando a actuadores generalmente electromecánicos
• Usualmente los diseños se prueban en simulaciones antes de la
implementación
Fundamentos y métodos
• El estudio de sistemas dinámicos es central para la ingeniería de control
• Retroalimentación es un concepto clave
• Fundamentos sólidos
• Ecuaciones diferenciales y/o de diferencias
• Transformada de Laplace y transformada “z”.
• Balances de energía
• Leyes de Newton
Retos actuales
• Sistemas autónomos capaces de operar en presencia de fallas y/o
incertidumbre.
• Aterrizaje autónomo, vehículos submarinos, espaciales y aéreos.
• Manufactura completamente automatizada
• Generación y distribución de energía eléctrica
• Estructuras tolerantes a sismos
5/Jul/2017
IEEE Spectrum
19/Sep/2017
Retroalimentación
• La primera aplicación industrial ocurrió con el regulador de Watt
Retroalimentación
La ingeniería de control ha tenido un enorme impacto en nuestra sociedad.
Åström cita a Wilbur Wright (1901):
« Sabemos como construir aeroplanos.»
«Sabemos como construir motores.»
« El no saber cómo equilibrar y maniobrar aún desafía a los estudiantes del 
problema de vuelo.»
«Cuando esta única dificultad sea resuelta, la era del vuelo habrá arribado, ya 
que todas las demás dificultades son de menor importancia.»
Retroalimentación
¡Los hermanos Wright resolvieron cómo equilibrar y maniobrar y 
volaron el Kitty Hawk el 17 de diciembre de 1903!
Configuración genérica
Referencia
Contro
lador
Actua
dor Sistema
Sensor
Salida
Planta o proceso
Objetivos de control
• Regulación. Se desea que la salida a controlar se mantenga igual (o tan
cerca como sea posible) a un punto de operación “constante”, a pesar de
perturbaciones.
• Seguimiento. Se desea que la salida a controlar se mantenga igual (o tan
cerca como sea posible) a una referencia variante en el tiempo, a pesar de
perturbaciones.
Objetivos de control
• Regulación. Se desea que la salida a controlar se mantenga igual (o tan
cerca como sea posible) a un punto de operación “constante”, a pesar de
perturbaciones.
• Seguimiento. Se desea que la salida a controlar se mantenga igual (o tan
cerca como sea posible) a una referencia variante en el tiempo, a pesar de
perturbaciones.
Control de temperatura, de nivel de agua, etc.
Intercepción de misiles, robots en tareas de ensamblaje, etc.
Ejemplos
Examples
Ejemplos
Examples
Ejemplos en la Sección
Contenido
 
 
Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del I.P.N.
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Sección de Mecatrónica
 
 
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Temario del curso propedéutico de Control de Sistemas Dinámicos para 
proceso de admisión a la Maestría 2018 
 
Fecha: 4 al 29 de junio de 2018. 
Horario: 9:00 a 11:00 hrs. 
 
CONTENIDO 
 
1. Introducción. 
1.1. Elementos básicos de un sistema de control. 
1.2. Concepto de control retroalimentado. 
1.3. La computadora como herramienta de diseño y de control. 
1.4. Modelos de sistemas físicos. 
 
2. Elementos de la Transformada de Laplace. 
2.1. Definición de la transformada de Laplace. 
2.2. Teoremas de la transformada de Laplace. 
2.3. Transformada de Laplace inversa. 
2.5. La función de transferencia como modelo de un sistema lineal. 
 
3. Análisis en el Dominio del Tiempo. 
3.1. Introducción. 
3.2. Comparación de la respuesta en el tiempo de sistemas dinámicos. 
3.3. Respuesta en el tiempo en función de la localización de las raíces en el plano S. 
 
4. Análisis en el Dominio de la Frecuencia. 
4.1. Introducción. 
4.2. Diagramas de Bode y de Nyquist. 
4.3. Criterio de estabilidad de Nyquist. 
4.4. Margen de fase y margen de ganancia. 
4.5. Sistemas de fase mínima. 
 
5. Acciones Básicas de Control y Técnicas de Compensación. 
5.1. Algunas acciones básicas de control. 
5.2. Control proporcional, integral y derivativo (PID): técnicas de ajuste y realización física. 
5.3. Consideraciones preliminares para la compensación. 
5.4. Compensación en cascada y por retroalimentación. 
5.5. Compensación en adelanto. 
5.6. Compensación en atraso. 
5.7. Compensación en atraso-adelanto. 
 
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Departamento de Ingeniería Eléctrica
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Temario del curso propedéutico de Control de Sistemas Dinámicos para 
proceso de admisión a la Maestría 2018 
 
Fecha: 4 al 29 de junio de 2018. 
Horario: 9:00 a 11:00 hrs. 
 
CONTENIDO 
 
1. Introducción. 
1.1. Elementos básicos de un sistema de control. 
1.2. Concepto de control retroalimentado. 
1.3. La computadora como herramienta de diseño y de control. 
1.4. Modelos de sistemas físicos. 
 
2. Elementos de la Transformada de Laplace. 
2.1. Definición de la transformada de Laplace. 
2.2. Teoremas de la transformada de Laplace. 
2.3. Transformada de Laplace inversa. 
2.5. La función de transferencia como modelo de un sistema lineal. 
 
3. Análisis en el Dominio del Tiempo. 
3.1. Introducción. 
3.2. Comparación de la respuesta en el tiempo de sistemas dinámicos. 
3.3. Respuesta en el tiempo en función de la localización de las raíces en el plano S. 
 
4. Análisis en el Dominio de la Frecuencia. 
4.1. Introducción. 
4.2. Diagramas de Bode y de Nyquist. 
4.3. Criterio de estabilidad de Nyquist. 
4.4. Margen de fase y margen de ganancia. 
4.5. Sistemas de fase mínima. 
 
5. Acciones Básicas de Control y Técnicas de Compensación. 
5.1. Algunas acciones básicas de control. 
5.2. Control proporcional, integral y derivativo (PID): técnicas de ajuste y realización física. 
5.3. Consideraciones preliminares para la compensación. 
5.4. Compensación en cascada y por retroalimentación. 
5.5. Compensación en adelanto. 
5.6. Compensación en atraso. 
5.7. Compensación en atraso-adelanto. 
 
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proceso de admisión a la Maestría 2018 
 
Fecha: 4 al 29 de junio de 2018. 
Horario: 9:00 a 11:00 hrs. 
 
CONTENIDO 
 
1. Introducción. 
1.1. Elementos básicos de un sistema de control. 
1.2. Concepto de control retroalimentado. 
1.3. La computadora como herramienta de diseño y de control. 
1.4. Modelos de sistemas físicos. 
 
2. Elementos de la Transformada de Laplace. 
2.1. Definición de la transformada de Laplace. 
2.2. Teoremas de la transformada de Laplace. 
2.3. Transformada de Laplace inversa. 
2.5. La función de transferencia como modelo de un sistema lineal. 
 
3. Análisis en el Dominio del Tiempo. 
3.1. Introducción. 
3.2. Comparación de la respuesta en el tiempo de sistemas dinámicos. 
3.3. Respuesta en el tiempo en función de la localización de las raíces en el plano S. 
 
4. Análisis en el Dominio de la Frecuencia. 
4.1. Introducción. 
4.2. Diagramas de Bode y de Nyquist. 
4.3. Criterio de estabilidad de Nyquist. 
4.4. Margen de fase y margen de ganancia. 
4.5. Sistemas de fase mínima. 
 
5. Acciones Básicas de Control y Técnicas de Compensación. 
5.1. Algunas acciones básicas de control. 
5.2. Control proporcional, integral y derivativo (PID): técnicas de ajuste y realización física. 
5.3. Consideraciones preliminares para la compensación. 
5.4. Compensación en cascada y por retroalimentación. 
5.5. Compensación en adelanto. 
5.6. Compensación en atraso. 
5.7. Compensación en atraso-adelanto. 
 
 
 
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Bibliografía 
 
1. T. Kailath, Linear Systems, Prentice Hall, 1980. 
2. C. W. De Silva, Control Sensors and Actuators, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1989. 
3. W. Bolton, Industrial Control and Instrumentation, Longman, 1991.