Ingeniería de control

La ingeniería de control es un área multidisciplinar que busca la aplicación sistemática y sistémica del conocimiento científico en el desarrollo y aplicación de la tecnología para el diseño de controladores de procesos que logren un comportamiento deseado.

Áreas básicas de la ingeniería de control

1. Descripción del proceso: modelación, análisis, identificación, estimación.
2. Teoría de control: comprensión y aplicación de unos fundamentos abstractos y una extensa y variada cantidad de métodos matemáticos, lo cual conlleva a que en muchas universidades se le considere un área de matemáticas aplicadas
3. Hardware: tecnologías de la medición, actuación, filtrado analógico, procesamiento digital, sistemas embebidos, comunicaciones.
4. Software: tiempo real, supervisión, instrumentación virtual, procesamiento de señales e imágenes, prototipado rápido, tolerancia a fallos, aprendizaje).

Para comprender la teoría y las ideas de la ingeniería de control se debe: 

• Aprender los conceptos
• Comprender la relación entre las diferentes representaciones de un sistema
• Adquirir ciertas destrezas (selección del período de muestreo, manejo de diferentes métodos de diseño, especificación de requerimientos en lazo cerrado, ajuste de controladores, análisis sensibilidad)
• Relacionar el material de otras disciplinas con el material de control (física, química, robótica, electrónica, ecuaciones diferenciales, estadística, optimización, etc.). 

Aplicaciones de la ingeniería de control

• Procesos industriales y sistemas de manufactura como parte de procesos de automatización: químicos, papel, cemento, siderúrgicas, minerales, electromecánica, térmica, etileno, petroquímica, refinerías, biocombustibles, farmacéutica, etc. 
• Aeronáutica y el espacio: asistencia al piloto, simplicidad de operaciones, desempeño, navegación inercial, navegación basada en visión artificial, autonomía, mejoramiento de la maniobrabilidad, estabilidad, reducción de emisiones, eficiencia del combustible, reducción de ruido, sistemas automáticos de anticolisión, detección de fallos, autodiagnóstico, robustez de operación, planificación de trayectorias, fly-by-wire.
• Automóviles y trenes: sistemas automáticos anticolisión, optimización del consumo de combustible, sistemas antibloqueo de ruedas, control electrónico de estabilidad, drive-by-wire, control de tráfico.
• Mecatrónica, sistemas ciberfísicos.
• Generación y distribución eléctrica, energía eólica.
• Redes inteligentes (Smart grids): tipo de red eléctrica que busca entregar de manera eficiente servicios eléctricos confiables, seguros, económicos y sostenibles, por medio de la predicción y respuesta inteligente (incluye control, comunicación y monitoreo) al comportamiento y acciones de todos los usuarios de energía eléctrica conectados a dicha red (proveedores, consumidores, distribuidores, agente del mercado, proveedores de servicios.
• Redes de comunicación.
• Supresión de vibraciones y control activo de vibraciones, incluyendo vibraciones sísmicas en edificios.
• Vehículos no tripulados autónomos aéreos (UAV, UAS), terrestres o acuáticos.
• Sistemas de propulsión y motores.
• Sistemas robóticos y manipuladores.
• Entretenimiento y electrónica de consumo: teléfonos móviles, juegos, discos duros, electrodomésticos, reproducción de audio, impresoras, fotocopiadoras.
• Instrumentación, microscopio de fuerza atómica.
• Nanotecnología.
• Redes de sensores.
• Sistemas de decisión en red (Networked decision systems).
• Domótica, edificios inteligentes.
• Sistemas de almacenamiento de datos, discos duros.
• Sistema de sistemas.
• Biología sistémica: área interdisciplinaria en la que participan la biología, genética, bioquímica, matemática, física, teoría de sistemas, teoría de los sistemas dinámicos, ingeniería de control, cibernética, ingeniería informática, entre otros. Aplicaciones: farmacología, biotecnología, biología molecular.
• Medicina: salas de operación inteligentes, cirugía y terapia guiada por imágenes, integración de hardware y tejido, control de flujo para pruebas, desarrollo de prótesis físicas y neuronales, páncreas artificial, dispositivos de asistencia cardíaca, control de la presión sanguínea, aplicación regulada de anestesia, administración de medicinas.
• Ecología y desarrollo sostenible.
• Control de enfermedades: malaria, cáncer, diabetes, VIH, otras.
• Control cognitivo.
• Economía, finanzas, regulación de mercados.

Temas de investigación en Ingeniería de Control 

• Tecnología de control
• Control Proporcional-Integral-Derivativo (PID)
• Estimación de parámetros e identificación de sistemas dinámicos 
• Estimación del estado 
• Control predictivo basado en el modelo (MPC)
• Analítica de datos del proceso
• Detección de fallos
• Control descentralizado
• Control robusto
• Control inteligente, control borroso (fuzzy)
• Sistemas de eventos discretos
• Control no lineal
• Control adaptativo
• Sistemas híbridos
• Teoría de juegos
• Modelación matemática y simulación
• Filtrado
• Sistemas lineales
• Predictor de Smith
• Sistemas con retardo de tiempo
• Estabilidad y estabilización
• Control óptimo
• Control iterativo con aprendizaje (Iterative Learning Control)
• Sistemas de parámetros distribuidos
• Control cooperativo y multiagente
• Sistemas con incertidumbre
• Control tolerante a fallos
• Control estocástico
• Muestreo
• Sistemas periódicos
• Control multifrecuencia
• Sistemas con parámetros variables en el tiempo
• Pasividad
• Control cuántico
• Aplicaciones CACSD, métodos computacionales, informática industrial
• Enfoques simbólicos para el control de sistemas dinámicos
• Sistemas de control en red
• Métodos algebraicos y geométricos
• Enfoque LMI (Linear Matrix Inequality)
• Teoría de juegos aplicada al control
• Navegación y planificación de trayectorias
• Educación en control: "El propósito principal de la academia no es la investigación sino la educación, y el principal beneficio que la academia puede brindar a la industria son graduados bien educados, no resultados de investigación innovadores"

Referencias

1. K. J. Aström y P. R. Kumar, "Control: A perspective", Automatica, vol. 50, nº 1, pp. 3-43, 2014.
2. A. A. M. Samad T., Ed., "The Impact of Control Technology", 2nd edition ed., IEEE Control Systems Society, 2014. 
3. T. Samad, "Industry engagement with control research: Perspective and messages", Annual Reviews in Control, vol. 49, pp. 1-14, 2020.