El diseño basado en modelos ( MBD ) es un método matemático y visual para abordar problemas asociados con el diseño de sistemas complejos de control, [1] procesamiento de señales [2] y comunicación. Se utiliza en muchas aplicaciones de control de movimiento , equipos industriales, aeroespaciales y automotrices. [3] [4] [5] El diseño basado en modelos es una metodología aplicada en el diseño de software integrado. [6] [7] [8]
El diseño basado en modelos proporciona un enfoque eficiente para establecer un marco común para la comunicación a lo largo del proceso de diseño al mismo tiempo que respalda el ciclo de desarrollo (modelo V ). En el diseño de sistemas de control basado en modelos, el desarrollo se manifiesta en estos cuatro pasos:
El diseño basado en modelos es significativamente diferente de la metodología de diseño tradicional. En lugar de utilizar estructuras complejas y extensos códigos de software, los diseñadores pueden utilizar el diseño basado en modelos para definir modelos de plantas con características funcionales avanzadas utilizando bloques de construcción de tiempo continuo y tiempo discreto. Estos modelos construidos utilizados con herramientas de simulación pueden conducir a la creación rápida de prototipos, pruebas de software y verificación. No solo se mejora el proceso de prueba y verificación, sino que también, en algunos casos, la simulación de hardware en el ciclo se puede usar con el nuevo paradigma de diseño para realizar pruebas de efectos dinámicos en el sistema de manera más rápida y mucho más eficiente que con metodología de diseño tradicional.
Los albores de la era eléctrica trajeron muchos sistemas de control innovadores y avanzados. Ya en la década de 1920, dos aspectos de la ingeniería, la teoría de control y los sistemas de control, convergieron para hacer posibles los sistemas integrados a gran escala. En aquellos primeros días, los sistemas de control se usaban comúnmente en el entorno industrial. Las grandes instalaciones de proceso comenzaron a usar controladores de proceso para regular variables continuas como la temperatura, la presión y el caudal. Los relés eléctricos integrados en redes en forma de escalera fueron uno de los primeros dispositivos de control discretos en automatizar un proceso de fabricación completo.
Los sistemas de control ganaron impulso, principalmente en los sectores automotriz y aeroespacial. En las décadas de 1950 y 1960, el impulso hacia el espacio generó interés en los sistemas de control integrados. Los ingenieros construyeron sistemas de control, como unidades de control de motores y simuladores de vuelo, que podrían ser parte del producto final. A finales del siglo XX, los sistemas de control integrados eran omnipresentes, ya que incluso los electrodomésticos , como lavadoras y acondicionadores de aire, contenían algoritmos de control complejos y avanzados, lo que los hacía mucho más "inteligentes".
En 1969, se introdujeron los primeros controladores basados en computadora. Estos primeros controladores lógicos programables (PLC) imitaban las operaciones de las tecnologías de control discreto ya disponibles que usaban las escaleras de relé obsoletas. El advenimiento de la tecnología de PC trajo un cambio drástico en el mercado de procesos y control discreto. Una computadora de escritorio estándar cargada con el hardware y el software adecuados puede ejecutar una unidad de proceso completa y ejecutar algoritmos PID complejos y establecidos o funcionar como un sistema de control distribuido (DCS).