Aprendizaje en el área de control: Herramientas necesarias

¿Cuáles son las bases necesarias para incursionar en el estudio de sistemas de control?


Entender los sistemas de control tiene que ver con entender cómo funcionan los sistemas, sean naturales o tecnológicos. Y esto, este aprendizaje, se puede hacer por varios medios.
 Esto incluye conocer álgebra lineal, ecuaciones diferenciales ordinarias (lineales y no lineales), cálculo operacional (transformada de Laplace) y números complejos. Esto sigue siendo cierto hoy en día. El tener esta base ayuda a entender muchas ideas esenciales del análisis y a entender ciertos conceptos. Lo siguiente es entender lo que era un modelo, en particular, un modelo representado por ecuaciones diferenciales ordinarias.
Un modelo es una representación finita, generalmente abstracta, de la realidad. Supongamos que uno quiere hacer funcionar un motor de una forma deseada. Lo primero es entender cómo funciona, es decir, responder a la pregunta ¿cuál es el comportamiento del motor? Un modelo matemático es una forma particular de responder a esta pregunta. Entre los modelos matemáticos que se pueden obtener de un sistema están los modelos basados en ecuaciones diferenciales ordinarias. Estos modelos generalmente se obtienen a partir de las leyes y relaciones físicas (leyes de Newton, leyes termodinámicas, fisicoquímicas, relaciones empíricas..). Estos modelos permiten representar variaciones en el tiempo de ciertas variables del sistema real original; por ello, se les llama modelos o sistemas dinámicos.

Control del modelo simplificado de un pendulo invertido

                            

Una de las herramientas que me permitió «ver en la práctica» lo que iba aprendiendo fue MATLAB, un paquete de propósito general para cómputo numérico, el cual permite, entre otras operaciones, hacer simulaciones numéricas del comportamiento de esos modelos matemáticos. Para poder usar estas herramientas, es necesario tener conocimientos básicos de programación y lógica de programación.

Simulación de la respuesta dinámica del péndulo invertido: variables de estado en el tiempo

El área de control no es un camino fácil y menos si uno quiere incursionar en la parte práctica. Después del modelado físico y de las simulaciones numéricas, las aplicaciones concretas requieren poseer conocimientos particulares específicos. El proceso de modelado mismo requiere conocimientos específicos del área de aplicación.

Los conocimientos que un estudiante requiere dependen de la aplicación que se considere, que quiera resolver el estudiante: de electromecánica (si son motores o robots), de electrónica, de química y operaciones unitarias, de comunicaciones (si son sistemas de transmisión de datos), de medicina, entre otras. Esto depende preferiblemente del área de formación del estudiante.
Incluso la implementación requiere además posiblemente tener conocimientos de microprocesadores, electrónica de potencia, sistemas electromecánicos, sistemas neumáticos, entre otros.
La formación de un estudiante de cualquier área, desde ingeniería mecánica o electrónica hasta medicina, en el aprendizaje de sistemas de control es multidisciplinaria. De allí mismo, no es fácil ni es un camino corto.
A quienes comienzan, bienvenidos a este gran reto. A quienes ya comenzaron, el esfuerzo vale la pena.