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1.1 Introducción

El Control Automático ha tenido un rápido desarrollo en los últimos años. Sin embargo

a lo largo del tiempo ha sufrido un proceso de evolución que se inició,

aproximadamente, en el año 300 a.C., cuando los griegos empezaron a tener la

necesidad de medir empíricamente el tiempo, y que ha continuado con etapas tan

importantes como lo fueron la Revolución Industrial y las Guerras Mundiales.

Cuando la máquina de vapor fue inventada y se dio inicio a la Revolución Industrial, se

inició paralelamente la necesidad de realizar un sistema de control para poder manipular

los diferentes parámetros de esta máquina. Un ejemplo de ésto fue el desarrollo del

regulador de presión con el fin de controlar este parámetro en el sistema.

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 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.

En resumen, a lo largo de la historia, 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.

1.2 Aportación de los griegos y los árabes

Entre los años 300 a.C. y 1200 d.C., la necesidad de los griegos y los árabes por medir

de forma exacta el tiempo los llevó a realizar grandes aportaciones a la teoría y a la

práctica del control automático.

Los relojes de agua

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.

Durante el primer siglo después de Cristo, los griegos usaron el regulador de flotador

para aplicaciones como distribuir el vino en forma automática, se diseñaron sifones para

mantener diferencias de nivel constantes entre dos tanques y el sistema se usó también

para abrir y cerrar puertas de los templos.

Ya en el primer siglo d.C. fue publicado por Heron de Alejandría un libro titulado

Pneumática, en el que mostró varios mecanismos de nivel de agua mediante reguladores

con flotador.

Entre los años 800 y 1200, varios ingenieros árabes usaron el regulador para relojes de

agua y otras aplicaciones. En el mismo periodo, el principio del control de “todo/nada”

comenzó a utilizarse. Sin embargo, cuando Bagdad cayó bajo el poder Mongol en el año

1258, todas las esperanzas creativas sobre el desarrollo del control se vinieron abajo.

Cabe destacar que en el siglo XII, el carruaje chino poseía un sistema mecánico de

navegación en el cuál se asociaban los engranajes de las ruedas con la dirección del

vehículo de modo que éste siempre se dirigiera al sur. Éste puede ser considerado como

un sistema de realimentación sólo si se tiene en cuenta el conductor del carruaje como

parte del sistema ya que éste era el encargado de dar una dirección en línea recta al

vehículo.

Otras aportaciones

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.

Como resultado de la evolución de la Ciencia y del pensamiento durante los siglos XVI

y XVII, se formó en el siglo XVIII todo un movimiento ideológico, fundamentalmente

racionalista y crítico, llamado Ilustración. Este siglo se denominó el "Siglo de la Razón"

o "Siglo de las Luces" ya que los filósofos pretendían iluminar con la razón todos los

misterios del mundo y del hombre, a la vez que terminar con la oscuridad de la

ignorancia y de la superstición que en esos tiempos era algo muy común entre las

personas.

1.3 La Revolución Industrial

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.

J. Watt inventó su motor de vapor en 1769, marcando el principio de la Revolución

Industrial. Es importante reconocer que otros, principalmente T. Newcomen en 1712,

construyeron los primeros motores de vapor. Sin embargo, los intentos iniciales eran

ineficaces, sobretodo porque los motores eran regulados a mano. Es sumamente

importante comprender que la Revolución Industrial no comenzó hasta la invención de

los motores mejorados y los sistemas de control automáticos regulados.

Los reguladores de temperaturas

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.

Los Reguladores de temperaturas fueron estudiados por J.J. Becher en 1680, y usados

otra vez, en una incubadora por el Príncipe de Conti y R.A.F. de Réaumur en 1754. "El

registro del centinela" fue desarrollado en América por W. Henry alrededor de 1771,

quien sugirió su empleo en hornos químicos, en la fabricación de acero y porcelana, y

en el control de temperaturas de un hospital. No fue hasta 1777, que se desarrolló un

regulador conveniente de temperatura para el uso industrial por Bonnemain, quien lo

utilizó para una incubadora. Su dispositivo fue instalado más adelante en el horno de

una planta de calefacción de agua caliente.

Los reguladores de Flotador

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.

Los reguladores de Presión

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 gobernadores centrífugos

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.

Un problema asociado con el motor rotatorio de vapor es la regulación de su velocidad

de revolución. Watt logró completar el diseño de este gobernador centrífugo regulando

la velocidad del motor rotatorio de vapor con dos pesos que se alejaban o acercaban

dependiendo de la velocidad del motor y de la fuerza centrífuga ejercida por éste.

Entonces, si la velocidad de giro del motor aumentaba, los dos pesos se alejaban y

levantaban, operando así un mecanismo que cerraba la válvula por la que entraba el

vapor, limitando el flujo y frenando el motor. De la misma forma, al frenarse el motor,

caen los pesos por la disminución de la fuerza centrífuga, y se abre la válvula del vapor

permitiendo la entrada de un mayor flujo y, en consecuencia, acelerando la velocidad

del motor. Lográndose una velocidad constante automática.

La evolución paulatina del reloj

En 1793, el Francés-Suizo A. Breguet, el primer relojero en sus días, inventó un sistema

con realimentación para sincronizar relojes de bolsillo. El “pendule sympatique” de

Breguet consistía en un cronómetro de precisión, usado en un reloj de bolsillo. Éste,

para ser sincronizado se coloca en el montaje antes de las 12, en ese momento un alfiler

surge del cronómetro, inserto en el reloj, y comienza un proceso automático de ajuste

del brazo de regulación del resorte de balance del reloj. Después de unos ajustes del

reloj en el pendule sympatique, el brazo de regulación se ajusta automáticamente. En

cierto modo, este dispositivo se usó para transmitir la exactitud del cronómetro grande

al pequeño reloj portátil de bolsillo.

La influencia de la matemática en el surgimiento de la Teoría de Control

El diseño de sistemas de control realimentado después de la Revolución Industrial

estaba desarrollándose por medio de prueba y error junto con mucha intuición de la

ingeniería. Era más un arte que una ciencia. En las matemáticas de mediados del siglo

XIX, primero fue usado el análisis de la estabilidad de sistemas de control realimentado.

Como la matemática es la lengua formal de la teoría del control automático, se podría

llamar al período anterior la prehistoria de la teoría del control.

Análisis diferencial

En 1840, el Astrónomo británico Real en Greenwich, G.B.Airy, desarrolló un

dispositivo de realimentación para orientar un telescopio. Su dispositivo era un sistema

de control de velocidad que giraba el telescopio automáticamente para compensar la

rotación de la tierra, permitiéndose la capacidad de estudiar una estrella dada durante un

tiempo superior.

Lamentablemente, Airy descubrió que según el diseño impropio del lazo de control

realimentado, oscilaciones salvajes fueron introducidas en el sistema. Él fue el primero

en hablar de la inestabilidad de sistemas de lazo cerrado, y el primero en usar

ecuaciones diferenciales en su análisis. La teoría de ecuaciones diferenciales ya estaba

bien desarrollada, debido al descubrimiento del cálculo infinitesimal por I. Newton y

G.W. Leibniz, y el trabajo de los hermanos Bernoulli, J.F. Riccati, y otros. El empleo de

ecuaciones diferenciales en el análisis del movimiento de sistemas dinámicos fue

establecido por J.L. Lagrange y W.R. Hamilton.

Postulados para un análisis de estabilidad

Los primeros trabajos en el análisis matemático de los sistemas de control fueron en

términos de ecuaciones diferenciales. J.C. Maxwell analizó la estabilidad del

gobernador de bolas giratorias de Watt. Su técnica era linealizar las ecuaciones

diferenciales del movimiento para encontrar la ecuación característica del sistema. Él

estudió el efecto de los parámetros del sistema sobre la estabilidad y demostró que el

sistema es estable si las raíces de la ecuación característica tienen partes reales

negativas. Con el trabajo de Maxwell podemos decir que la teoría de sistemas de control

fue establecida.

E.J. Routh proporcionó una técnica numérica para determinar cuando una ecuación

característica tiene raíces estables en 1877. El ruso I.I. Vishnegradsky analizó la

estabilidad de reguladores que usan ecuaciones diferenciales por separado de Maxwell

en esa misma fecha. En 1893, A.B. Stodola estudió la regulación de una turbina de agua

que usa las técnicas de Vishnegradsky. Modeló la dinámica del actuador e incluyó en su

análisis la retardo del mecanismo de actuación. Fue el primero en mencionar la

constante de tiempo del sistema. Inconsciente del trabajo de Maxwell y Routh, planteó,

además, el problema de determinar la estabilidad de la ecuación característica.

El ingeniero británico O. Heaviside inventó el cálculo operacional entre 1892 y 1898.

Estudió el comportamiento transitorio de los sistemas, introduciendo un equivalente a la

función de transferencia.

Modelado de Sistemas

El concepto de un sistema como una entidad dinámica con "entradas" y "salidas"

definidas que lo unen a otros sistemas y al ambiente era un requisito clave previo para el

desarrollo de la teoría del control automático.

Durante el siglo XVIII y XIX, el trabajo de A. Smith en economía, los descubrimientos

de C.R. Darwin sobre el Origen de las Especies mediante la selección natural, y otros

acontecimientos de la política y la sociología tenían un gran impacto en el conocimiento

humano. El estudio de Filosofía Natural era una consecuencia del trabajo de los

filósofos griegos y árabes, y las contribuciones fueron hechas por Nicholas de Cusa,

Leibniz, y otros.

Al inicio de l siglo XX, A.N. Whitehead, con su filosofía de "El mecanismo orgánico",

L. von Bertalanffy, con sus principios jerárquicos de organización, y otros, comenzaron

a hablar de "Una teoría de sistema general". En este contexto, la evolución de la teoría

de control podría progresar.

Comunicación a larga distancia y los avances en frecuencia.

El análisis matemático de sistemas de control, antes había sido realizado usando

ecuaciones diferenciales en el dominio del tiempo. En los Laboratorios BELL, durante

la década entre los 1920 y 1930, los avances en el dominio de la frecuencia

desarrollados por Laplace, Fourier, Cauchy y otros fueron explorados y usados en

sistemas de comunicación.

Un problema principal con el desarrollo de un sistema de comunicación de masas que se

extiende sobre distancias largas es la necesidad, aveces, de amplificar la señal de voz en

líneas telefónicas largas. Lamentablemente, a no ser que se tenga el cuidado necesario,

no sólo la información sino también el ruido se amplifica. Por esta razón, el diseño de

amplificadores repetidores tiene suma importancia.

Para reducir la distorsión en amplificadores repetidores, H.S. Black demostró la utilidad

de realimentación negativa en 1927. El problema del diseño debía presentar un cambio

de fase en las frecuencias correctas del sistema. La teoría de realimentación para el

diseño de amplificadores estables fue desarrollada por H. Nyquist en 1932. Él formuló

su criterio de estabilidad basado en la gráfica polar de una función compleja. H.W.

Bode en 1938, por su parte, usó la magnitud y respuesta de frecuencia de fase de una

función compleja. Investigó además la estabilidad de lazo cerrado que usa las nociones

del margen de fase y de ganancia.

Mientras Sperry trabajaba en el M.I.T. en 1941, A.C. Hall reconoció los efectos de no

hacer caso al ruido en el diseño de sistemas de control y comprendió que la tecnología

en el dominio de la frecuencia desarrollada en los Laboratorios BELL podría ser

empleada para enfrentar efectos ruidosos. Usó este acercamiento al diseñar un sistema

de control para un radar aerotransportado. Este éxito demostrado concluye la

importancia de las técnicas del dominio de la frecuencia en el diseño de los sistemas de

control.

En 1947, N.B. Nichols desarrolló su Carta de Nichols para el diseño de sistemas de

realimentación. Con el trabajo del M.I.T., la teoría de servomecanismos lineales fue

establecida más firmemente.

Trabajando en Aviación Americana del Norte, W.R. Evans en 1948 presentó su técnica

del lugar de las raíces, que proporcionó un modo directo de determinar las posiciones de

los polos de lazo cerrado en el plano “s”. Posteriormente, durante los años 1950,

muchos trabajos de control fueron enfocados al plano “s”, y en la obtención de la

respuesta al escalón de lazo cerrado con características deseables en los términos del

tiempo de subida, el sobre paso porcentual, entre otros.

Durante este período, las técnicas estocásticas fueron introducidas en las teorías de

comunicación y el control. En el M.I.T. en 1942, N. Wiener analizó sistemas de

información usando los modelos de los procesos estocásticos. Trabajando en el dominio

de la frecuencia, desarrolló un filtro estadísticamente óptimo para señales continuas

estacionarias que mejoraron la proporción de señal a ruido en un sistema de

comunicación. El ruso A.N. Kolmogorov, en 1941, proporcionó una teoría de procesos

estocásticos estacionarios en tiempo discreto.

Sistemas de potencia

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.

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.

Procesos industriales

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.

Ya en 1922 lo valioso de un controlador PID (Proporcional Integral Derivativo) había

sido mostrado por Minorsky. La función proporcional se conocía desde el comienzo del

relé. Sin embargo, la parte integral no se conoció hasta 1920 y la derivativa en 1930.

Se dieron grandes avances en conceptos y procesos de control, entre los cuáles se

pueden ofrecer algunos ejemplos:

- Ivanoff trabajó para la compañía George Kent en Inglaterra. Fue una de las primeras

personas en intentar desarrollar las bases teóricas que apoyarían el análisis y la síntesis

de los controladores de temperatura.

- C.E. Mason y G.A. Philbrick fueron contratados por la compañía Foxboro. Mason

patentó en 1934 un controlador que tiene, además de la acción proporcional, la acción

integral, en casos en los que el sistema no sea de banda ancha. Éste se denominó

modelo 40. Este controlador fue capaz de eliminar el error permanente.

- J.G Ziegler y N.B. Nichols fueron, por su parte contratados por la compañía Taylor

Instrument. Explicaron su método para sintonizar controladores que trabajan en el

dominio de la frecuencia y comienzan en 1930 con un controlador proporcional 10R.

Más tarde, complementan el trabajo incorporando el modo derivativo en su modelo 56R

y se pone en el mercado el primer controlar PID, Fulscope modelo 100, en 1940.

- Ed S. Smith trabajó para Builders Iron Foundry. En 1936 enfatizó en la importancia de

usar controladores con parámetros ajustables. Antes de él, los parámetros en los

controladores eran fijos.

1.4 Las Guerras Mundiales y el Control clásico

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 avance en el transporte naval

Durante el siglo XVII en los Estados Unidos e Inglaterra, se sabía que mientras los

barcos aumentaban de tamaño, era necesario un mayor control en la dirección. La

solución parecía ser el uso del vapor para operar el timón. El primer motor dirigido con

vapor fue inventado por Frederick E. Sickles en 1849 y fue utilizado más tarde en el

barco de vapor “ Augusta” . En 1866, J.McFarlane Gray patentó un motor de vapor que

además incluía el principio de realimentación, y sirvió en el barco más grande y

avanzado de ese momento.

La palabra ¨servo¨, había sido declarada en 1873 por Jean Joseph Léon Farcot en el

libro ¨Le Servo-Moteur ou Moteur Asservi¨. En éste describía varios diseños de

aparatos que funcionaban por medio del vapor. El trabajo de Farcot representó un

importante avance en el desarrollo del control en ingeniería.

Durante el último cuarto del siglo XIX, se desarrollaron los más avanzados

sevomecanismos para controlar torpedos. Robert Whitehead inventó un torpedo

controlado por un motor neumático para un navío austriaco en 1869, en el cual se

desarrolló un sistema de control proporcional realimentado de profundidad y altitud.

A principios del siglo XX hubo un creciente interés por la estabilización de barcos y

dirección automática, que se enfatizó en el uso de servomecanismos. En 1908 Elmer

Sperry creó un estabilizador activo, un giroscopio usado en estos barcos.

La mayor contribución en el desarrollo de un sistema práctico de dirección automático

fue hecha por Sperry Gyroscope Company. En 1912 Elmer Sperry empezó su trabajo

para desarrollar el piloto automático para dirigir barcos, lo llamó “ Metal.Mike” .

El primer intento sistemático para modelar un dispositivo automático de seguimiento

fue realizado por Nicolas Minorsky. Su análisis fue publicado en 1922 y logró mostrar

teóricamente que una buena dirección automática requiere un controlador de tres

términos.

El avance en el transporte aéreo

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.

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.

Las primeras contribuciones vinieron, entre 1912 y 1914, de Elmer Sperry y su hijo

Lorenzo quienes habían realizado el autoestabilizador Sperry. Sin embargo, antes de

que estos dispositivos se comercializaran estalló la Primera guerra Mundial, la cual

cambió las exigencias: los vuelos ahora eran de corta duración y los aviones debían ser

sumamente maniobrables, el piloto era parte indispensable dentro del lazo de control.

La nueva tendencia sería, entonces, proveer al piloto de una gama de instrumentos

indicadores, como los horizontes artificiales pero los estabilizadores eran aún necesarios

para el bombardeo. Después de 1918 se incrementó el interés por el avión teledirigido y

el piloto automático. Este trabajo fue realizado en gran parte por las autoridades

militares, en Gran Bretaña con el establecimiento de la Aviación Real (RAE) y en

Estados Unidos por el Laboratorio de Investigación Naval.

En 1930 se produjo el desarrollo de pilotos automáticos comerciales y se logró una

cantidad satisfactoria de vuelos. En 1947 un C-54 atravesó el Atlántico sin que un ser

humano tocara los mandos desde el despegue hasta el aterrizaje. El avión fue controlado

por el piloto automático de Sperry.

Otras compañías que desarrollaron los pilotos automáticos fueron: RAE, Siemens,

Askania, Gyroscopics Sperry, General Electric y Honeywell. La base de todos los

pilotos automáticos consistía en una plataforma estabilizadora y un girocompás, sin

embargo existían diferencias en los métodos de procesar las señales y la forma en que se

manejaban los actuadores. Los primeros diseñadores americanos y alemanes usaron

sistemas hidráulicos ó mecánicos mientras que los británicos utilizaron neumáticos.

Gradualmente se introdujeron componentes electrónicos, pero equipos totalmente

eléctricos no fueron producidos hasta después de la Segunda Guerra Mundial.

Desde principios del siglo XX hasta 1940, ocasionalmente se emplearon las

desigualdades de Routh-Hurwitz en pruebas de estabilidad, pero no fue hasta finales de

la Segunda Guerra Mundial cuando se extendió su utilización.

La influencia del Control en el desarrollo de Armas

Un problema, durante el período de las guerras mundiales, fue el control de la exactitud

en el posicionamiento de las armas a bordo de barcos y aviones en movimiento. En

1934, con la publicación de la "Teoría de Servomecanismos" por H.L. Házen, se inició

el uso de teoría matemática de control en la solución de este problema.

El Norden bombsight desarrolló durante la Segunda Guerra Mundial, repetidores de uso

sincrónico para transmitir información sobre la altitud, la velocidad y las perturbaciones

de viento en los aviones, para poder posicionar con gran exactitud las armas.

Avances en el Control Automático en la Unión Soviética durante la

Segunda Guerra Mundial

La figura clave, en el desarrollo de la ingeniería de control, durante esta época, fue

Aleksandr Aleksandrovich Andronov, quien fue un joven físico que empezó su carrera

académica estudiando dinámica no lineal. Uno de sus principales logros fue demostrar,

al final de 1920, la conexión entre los ciclos límite de Poincarè y el ámbito completo de

procesos oscilatorios prácticos.

Andronov y sus colegas hicieron el enlace fundamental entre los puntos singulares y el

equilibrio de posiciones; entre los ciclos límites y el movimiento estacionario y entre las

autoexcitaciones y las bifurcaciones.

En una serie de publicaciones, Andronov y otros desarrollaron un enfoque a los

sistemas no lineales, tomando como punto de partida el trabajo de Poincarè y Lyapunov

en el siglo XIX.

En 1930, la Unión Soviética y otros países europeos experimentaron un incremento

significativo en el interés de la ingeniería de control. Una comisión especial en

automatización y controles remotos fue instaurada por la Academia Soviética en 1934.

Cinco años más tarde, en Moscú se estableció, también, el Instituto de Automatización

y Control Remoto. Para este tiempo, Andronov y algunos de sus colegas de la

Universidad de Gorki habían empezado a tomar especial interés en la teoría de control.

Él y otro investigador de Gorki fueron los primeros en dar una posible solución al

problema de modelar el efecto de la fricción estática en los sistemas de control y la

conexión entre este problema no lineal y otras áreas de interés para ellos.

Otros logros importantes de Andronov fueron: el establecimiento de un seminario de

investigación en el Instituto de Moscú en 1944; la publicación junto con su esposa de un

pequeño libro sobre Laplace en los inicios de 1930 y el proyecto de un libro de 4

volúmenes denominado “Control Clásico”, que al final sólo se escribió uno y no

apareció hasta 1949. La Guerra Fría no permitió que el trabajo de Andronov se hiciera

mucho más universal.

Avances en el Control Automático en Estados Unidos durante la Segunda

Guerra Mundial

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.

El campo de la computación también se vio afectado por la guerra, en 1946 la escuela

de Moore de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Pennsylvania desarrolló el

ENIAC (Eletronic Numerical Integrator and Automatic Calculator), el cual fue el

primer computador capaz de integrar un sistema simple de ecuaciones diferenciales

ordinarias.

Durante 1930 muchos ingenieros iniciaron reuniones preocupados por formar una

sociedad de instrumentos y practicantes del control, fue así como en 1945, con

alrededor de 1000 miembros se fundó la ISA (Instrument Society Of America).

Después de la guerra, algunas invenciones importantes fueron: El transistor inventado

en 1947 por científicos de los laboratorios BELL de AT&T. En 1949 la NBS (National

Bureau of Standard) desarrolló un manómetro diferencial para comparar presiones de

gases, vapores orgánicos y líquidos corrosivos. Y por último, la segunda computadora el

UNIVAC (Universal Automatic Computer) empezó a ser instalada comercialmente

cerca en 1951, con la habilidad especial de procesar gran cantidad de información. Estos

dispositivos cambiaron toda la vida en la sociedad industrializada, incluyendo la

industria de procesos de control.

La influencia de los Laboratorios Bell

Durante la Segunda Guerra Mundial los ingenieros de los Laboratorios Bell dedicaron

sus investigaciones en el área del control de máquinas. Ellos diseñaron un direccionador

de armas con circuitos electrónicos y servomecanismos para emplearlo en el

lanzamiento de misiles. Además se preocuparon por definir un método antibombas

aéreas, para esto usaron radares que consistían en dispositivos ópticos que daban el

rango y la elevación del objetivo. Una computadora central integraba esta información

junto con información del terreno, el viento e información balística. El director entonces

predecía la futura localización del objetivo basado en su velocidad y dirección. Luego

calculaba el azimut y la elevación para las armas. Esta información era transmitida a las

armas, las cuales apuntaban automáticamente con poderosos controles hidráulicos o

manuales con seguidores de objetivos.

Parkinson y Lovell, ingenieros de los Laboratorios Bell, hicieron un estudio titulado

“Matemáticas Eléctricas”, en el cual examinaban formas eléctricas ó electromecánicas

para mejorar las funciones matemáticas requeridas para el control de disparo.

1.5 El control automático a partir de 1950

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.

Durante los años comprendidos entre 1960 y 1980, se investigaron a fondo el control

óptimo, tanto de sistemas determinísticos como estocásticos, y el control adaptable,

meditante el aprendizaje de sistemas complejos.

De 1980 hasta la fecha, los descubrimientos en la teoría de control moderna se centran

en el control robusto, el control de H∞ y temas asociados.

Ahora que las computadoras digitales se han vuelto más baratas y más compactas, se

usan como parte integral de los sistemas de control. Las aplicaciones recientes de la

teoría de control moderna incluyen sistemas ajenos a la ingeniería, como los biológicos

y los económicos.