¿La teoría del control todavía se usa ampliamente en ingeniería eléctrica? ¿Qué pasa con los sistemas embebidos y los circuitos digitales / analógicos?

Answer 1

Hace muchos años tuve un TA de Control Systems más antiguo que me dijo que los ajustes finales de los sistemas de control analógico para un determinado avión de su tiempo * se hicieron volando el avión de verdad, no una simulación, no en tierra, con un conjunto de “cajas de macetas” (potenciómetros variables) y ajustando la respuesta de control ajustando las macetas. Luego, los ingenieros midieron los valores de resistencia y los pusieron en producción. Afirmó haber sido una de las personas que voló en el avión ajustando las ollas.

Hace menos, pero aún muchos, años trabajé para una empresa que tenía una subsidiaria en el negocio de módem telefónico. Su ingeniero más experimentado diseñó el circuito “duplexor” o “circulador”, y afirmó que era magia negra que requería media docena de resistencias cortadas con láser personalizadas por unidad durante la fabricación para optimizar el aislamiento entre la entrada y la salida. Mi jefe dijo que eso era una mala ciencia e insistió en que simulemos el circuito usando SPICE para determinar las sensibilidades reales del circuito; Al hacer esto, pudimos eliminar la mayor parte del recorte láser al identificar el valor de una resistencia que realmente importaba y al seleccionar valores fijos para los demás.

SPICE> ajustar-las-ollas-y-rezar-no-choques.

Teoría de sistemas de control> SPICE.

Cuando usa SPICE para iterar en el diseño de sus sistemas de control, todavía está haciendo una mala ciencia. Estás iterando sobre algo por prueba y error, que tiene una solución de forma cerrada.

Estudiar la teoría de los sistemas de control te da una base matemática para explicar lo que está sucediendo en el sistema. Medio plano derecho versus medio plano izquierdo; Transformadas de Laplace yz; Oscilaciones amortiguadas. Al igual que mi antiguo jefe, podrá llamar “mala ciencia” y resolver problemas que otros encuentran misteriosos.

Que esto valga o no para usted, depende de qué tan interesado esté en usar las computadoras para hacer cosas del mundo real como controlar aviones, automóviles, prótesis médicas y robots.

* Creo que mi TA dijo que el avión era el Lockheed L-1011 TriStar, ¡pero no estoy seguro de eso!

Answer 2

La teoría de control comenzó con la maravillosa comprensión de HS Black (Harold Stephen Black) de que la retroalimentación negativa en un amplificador de alta ganancia (retroalimentación negativa) puede reducir su distorsión, aplanar su respuesta de frecuencia y determinar con precisión su ganancia de otra manera difícil de manejar e impredecible.

A partir de ahí, otros han aplicado esta realización a la invención de servos, robots, control de crucero automotriz, control de combustible del motor y muchas otras aplicaciones, desde bucles de fase bloqueada hasta estabilización de la red eléctrica. “Bucle cerrado” versus “bucle abierto” significará cosas reales para usted cuando aprenda la teoría del control.

Pero las cosas pueden salir mal con la retroalimentación: oscilación, timbre, inestabilidades. Todas estas cosas se pueden entender, modelar y poner en práctica, con márgenes de seguridad conocidos, utilizando la teoría del control.

¿Qué tan seguro es el control de crucero en su automóvil? ¿Qué tan seguro es el circuito de control de inyección de combustible en el software del controlador del motor de su automóvil? ¿Cómo se estrangula una planta de energía de gigavatios? ¿Mantener sincronizado el generador de una turbina eólica con la red? ¿Qué tal controlar un marcapasos, una bomba de insulina, cada uno de un millón de espejos micro maquinados en un chip? Cada vez que el metal o el poder o las cosas delicadas necesitan ser controladas de manera precisa y predecible por software o señales analógicas, es mejor que alguien que conozca la teoría del control haga los cálculos. Que alguien es un EE titulado y practicante.

Answer 3

¡Un rotundo sí! Fue, es y seguirá siendo utilizado.

Casi todos los sistemas que construimos son sistemas de retroalimentación. Para estabilizar el sistema, analizar su respuesta, ajuste, precisión y muchos otros parámetros, debe ser fuerte con la teoría del control.

Por ejemplo, tome un amplificador. Suele ser un opamp utilizado en la retroalimentación. Debe asegurarse de que tenga un margen de fase decente y un ancho de banda de ganancia de unidad lo suficientemente grande como para admitir su rango de frecuencia operativa. También necesita verificar la respuesta del paso, estableciéndose entre otras cosas.

Answer 4

En mi opinión, la teoría del control es lo que realmente distingue a EE de otras especialidades. La teoría de control es increíblemente útil, así como un golpe matemático maestro. La teoría del control es uno de los mayores éxitos de la ingeniería eléctrica, no se la pierda.

Answer 5

Cuando trabajaba como ingeniero eléctrico graduado en una de las compañías mineras de Australia, había un problema en uno de los equipos que seguía llegando al tope (es un gran conducto de transporte que viaja a lo largo de un riel que pesa más de un par de toneladas ) Este problema causó un gran dolor de cabeza, y sin mencionar el costo para la empresa (estar en la minería, esto generalmente en el orden de 6 dígitos USD).

Nadie podía entender por qué en ese momento, por lo que la solución de tirita en ese entonces era simplemente ‘reforzar’ el tope final con un parachoques de goma masivo y una gran barra de acero.

Siendo un recién graduado joven y abiertamente entusiasta, investigué el problema y, para mi sorpresa, encontré que el PLC (Controlador lógico programable) que controla el motor eléctrico del movimiento del conducto tiene un cálculo PID incorporado.

El problema común en las compañías mineras en aquellos días era que la puesta en marcha nunca se realizó correctamente. Entonces, simplemente ingresan algunos números aleatorios (literalmente) a esos valores PID. Por supuesto, yo, he tenido un entrenamiento teórico de teoría de control, sabía que DEBES poner los valores correctos. Entonces, efectivamente, simplemente usando poner una constante correcta a la ‘P’ (y simplemente matar a la ‘I’ y ‘D’), el problema ya no existe.

El enorme parachoques de goma con una barra de acero maciza se convirtió en un complemento costoso y redundante. Estaba muy orgulloso de poder implementar la teoría del control en aplicaciones industriales reales.

Por supuesto, hay muchos más ejemplos de la vida real que usan el controlador PID en una aplicación mucho más avanzada. Pero esa fue mi experiencia.

Otro ejemplo: el accidente de BP Macondo podría haberse evitado si se aplicara la automatización del control: el control de anulación automática podría haber evitado el accidente del pozo petrolero BP Deepwater Horizon

Answer 6

Deberías tomar la clase. Tienes razón en que la mayoría de las personas simplemente siguen la regla general o algoritmos simples para realizar la compensación de bucle. Puedes ser como el otro 90% de ingenieros eléctricos que resuelven problemas todos los días y no entienden la teoría del control.

O puede ser uno del 10% superior que realmente entiende si un ciclo será estable y bajo qué condiciones.

Answer 7

La teoría de control se usa en todas partes, ¡no solo en EE!
Se usa en mecánica, control de aviones y la lista continúa.
Es la razón por la cual MOM es estable sobre su eje.
Si considera EE, ¡es la razón por la cual todos los circuitos de retroalimentación negativa dentro de su teléfono móvil son estables!

No me perdería este curso si fuera tú.

Answer 8

No me gustaría volar en un avión donde las superficies de control fueron diseñadas de esta manera. Un teórico de control experimentado sabrá matemáticamente si un sistema es estable y tiene un margen de ganancia y fase apropiado en todas las circunstancias a partir de sus ecuaciones de diseño. No podías decirle a tu jefe en Boeing “Acabo de hackear esto en Matlab”. Y alguien necesita escribir y / o validar los algoritmos en Matlab para probar su comportamiento en condiciones extremas. Pero esto debería usarse para simular si sus ecuaciones iniciales eran correctas, no para diseñar el sistema por simulación.

Answer 9

Es un infierno muy útil.

He estado trabajando en sistemas integrados y en la industria relacionada durante dos años y veo cuánto la falta de educación en ingeniería de control afecta la calidad de la investigación y el resultado del producto en las diversas compañías. La mayoría de las investigaciones que se dedican a dicho desarrollo de productos basados ​​en dispositivos electrónicos / integrados no tienen idea de la ingeniería de control.

Yo mismo estoy muy entusiasmado con los sistemas de control y quiero seguir una Maestría en Ingeniería de Controles.

Answer 10

Tomé la teoría del control en mi último año. A mitad de camino deseé no haberlo hecho, porque fue un curso bastante difícil, pero ahora me alegro de haberlo hecho. Solo tuve la oportunidad de usarlo para trabajos serios cinco o seis veces en 40 años, pero en esas ocasiones marcó la diferencia entre el éxito y el fracaso.

Nunca intenté hackearlo con Matlab o un modelo Spice porque esas herramientas no estaban disponibles para mí. Quizás tampoco estarán disponibles para usted, dependiendo de las circunstancias en las que se encuentre, y luego se alegrará de poder hacerlo desde los primeros principios. Las herramientas como esa se conservan mejor para verificar los resultados que usted mismo haya elaborado.

Answer 11

Vea en sus 4 años de ingeniería cualesquiera materias que le enseñen son para dar forma a su enfoque de pensamiento y resolución de problemas. Es por eso que algunas personas se preguntan por qué se enseña C a los estudiantes de Mecánica y los conceptos básicos de ingeniería civil a CS / IT en el primer año de ingeniería. Por lo tanto, según yo, tiene mucho sentido aprender sistemas de control …

Answer 12

Habiendo pensado de manera similar en el pasado, ahora que realmente trabajo con sistemas de control, no hay sustituto para aprender los fundamentos. Puede tener todo tipo de simulaciones sofisticadas de software, pero conocer el porqué más allá del mero cómo, realmente ayuda a despegar un buen diseño de ingeniería.
Recomiendo encarecidamente tomarlo.

Answer 13

Más probable es que sí. ¿Existen alternativas más justificables?