Evolución Histórica de la Ingeniería de Control
Primeros Sistemas de Control
El registro más antiguo de un sistema de control se encuentra en un procedimiento judicial donde se menciona una Clepsydra para asegurar la igualdad de tiempo en las alegaciones finales.
En la Clepsydra (Figura 2), el caudal de agua al depósito b es constante, llenándose en un tiempo fijo. Al final, las bolas caen, funcionando como alarma.
Philon de Bizancio construyó un sistema de regulación de nivel para una lámpara de aceite. Al bajar el nivel de aceite, entraba aire en otro depósito, suministrando más aceite a la lámpara. Este sistema no mantenía un nivel constante, pero aseguraba la recarga.
Herón de Alejandría diseñó sistemas realimentados y aparatos que ejecutaban programas fijos. Un ejemplo es un sistema donde el nivel del flotador determinaba el nivel del depósito a.
Herón también creó un Odómetro. Una transmisión hacía caer una bola en un contenedor cada vez que la rueda final daba una vuelta, midiendo así la distancia recorrida.
En la Edad Media, H.U. Lansperg (hacia 1200) diseñó un sistema de control para un molino de harina. La cantidad de grano suministrada dependía de la fuerza del viento y la dureza del grano, optimizando el funcionamiento.
En el siglo XVII, surgieron sistemas de regulación de temperatura, como el horno y la incubadora de Drebel. Si la temperatura subía, el alcohol en un depósito se dilataba, desplazando palancas que abrían un orificio de salida de gases.
Lee inventó un sistema para controlar la orientación de las aspas de los molinos de viento. Patentó un molinillo de cola que no giraba si no estaba perpendicular al viento y un variador automático del ángulo de ataque de las aspas, aunque este último no se construyó por su complejidad.
La Revolución Industrial
En el siglo II a. C., Herón de Alejandría construyó la Aelopila, la primera turbina de vapor conocida. Inventos como este y la bomba de aire de Ktesibio tuvieron aplicaciones lúdicas.
En el siglo XVII, se desarrollaron las primeras máquinas de vapor. La propiedad expansiva del vapor revolucionó la sociedad occidental.
James Watt mejoró la máquina de vapor, aumentando su rendimiento. Su regulador centrífugo, basado en la patente de Mead (1787), regulaba la cantidad de vapor suministrada a la turbina. Este invento fue crucial para la Regulación Automática.
El Problema de la Estabilidad
La Teoría de Control surgió 75 años después de la muerte de Cauchy. El problema de la estabilidad atrajo a científicos e ingenieros.
Maxwell planteó el problema de estudiar la estabilidad de un sistema dinámico en función de las raíces de su ecuación característica. Routh presentó su criterio de estabilidad.
En 1889, Liapunov presentó sus trabajos sobre estabilidad, base de la teoría moderna de control. Heaviside aplicó el análisis impulsional y el cálculo operacional a problemas de Ingeniería Eléctrica.
En 1912, Dalen recibió el Premio Nobel de Física por sus reguladores automáticos para acumuladores de gas en balizas luminosas.
Control Clásico
Hasta el siglo XX, las herramientas analíticas se limitaban a ecuaciones diferenciales y criterios algebraicos. El criterio de Routh-Hurwitz determinaba la estabilidad, pero no cómo mejorarla.
La Teoría Clásica de Control se consolidó con la aplicación de conocimientos sobre amplificación de señales a problemas de control industrial. Se utilizaron la Transformación de Laplace y Fourier, y la descripción externa de los sistemas.
El Computador en el Control de Procesos
La aplicación del computador revolucionó el control industrial y la navegación espacial. Permitió implementar algoritmos complejos como el control óptimo y adaptativo.
Control Moderno
La teoría de control moderna se basa en la representación interna de los sistemas (variables de estado) y trabaja en el dominio del tiempo. Investigadores como Kalman, Lurie, y Popov contribuyeron a su desarrollo.
Autómatas en la Historia
Desde la antigüedad, se han construido autómatas. Herón de Alejandría describió múltiples aparatos en su libro «Autómata».
Automatismos Industriales
Los autómatas programables han reemplazado las tecnologías cableadas. La norma IEC 61131 define los lenguajes de programación de autómatas.
Tendencias Actuales
El control basado en PC está ganando terreno, ofreciendo mayor flexibilidad y apertura.