Señales y Sistemas de Control Clásico

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS
FÍSICO MATEMÁTICAS
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
ASIGNATURA: Señales y Sistemas de Control Clásico.
SEMESTRE:
Sexto
OBJETIVO GENERAL:
El alumno empleará modelos descriptivos de sistemas mecánicos, eléctricos,
análisis de la respuesta en tiempo y frecuencia, mediante las variables o señales
elementos que intervienen en la estabilidad de los sistemas de control, del error
principales tipos de controladores en la formulación de soluciones para un mejor
Control.
térmicos o hidráulicos, para el
de entrada–salida y aplicará los
en estado estacionario y de los
desempeño de los Sistemas de
CONTENIDO SINTÉTICO:
I.- Modelado de Sistemas.
II.- Análisis de Sistemas en el Dominio del Tiempo.
III.- Análisis de Sistemas en el Dominio de la Frecuencia.
IV.- Análisis de la Estabilidad de los Sistemas.
V.- Controladores en Sistemas de Control.
METODOLOGÍA:
Investigación bibliográfica para la selección, clasificación, ordenación y exposición de algunos temas por parte de
los alumnos con la guía del profesor, participación de los alumnos integrándose en equipos de trabajo, para
discusión y conclusiones. Realización de prácticas en el laboratorio para confrontar la base teórica con los
fenómenos observables con el entorno.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
60% Exámenes departamentales.
30% Prácticas de laboratorio.
10% Tareas, exposiciones, presentaciones.
BIBLIOGRAFIA.
UMEZ-ERONINI, Dinámica de sistemas y control. Edit Thomson Learning. México 2001. 993 páginas.
KUO B, Sistemas de control automático. Edit Prentice Hall. México 1997. 897 páginas.
OGATA Katsuhiko. Ingeniería de control moderna. Edit Prentice Hall España 2003 Cuarta Edición 984 páginas.
OGATA Katsuhiko, Problemas de ingeniería de control, usando Matlab. Edit Prentice Hall España 1999 Primera
Edición 396 páginas.
BOLTON Willian, Ingeniería de control. Edit Alfaomega, México 2001. 397 páginas.
RODRIGUEZ Ramírez Francisco Dinámica de sistemas. Edit. Trillas México 1989 665 páginas.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ESCUELA: ESIME
CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y
Electrónica
OPCIÓN: Control
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en
Comunicaciones y Electrónica.
ASIGNATURA: Señales y Sistemas de Control Clásico.
SEMESTRE: Sexto
CLAVE:
CRÉDITOS: 10.5
VIGENTE: agosto de 2005
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico / Práctica
MODALIDAD: Escolarizado
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS/SEMANA/TEORÍA: 4.5
HRS/SEMANA/PRÁCTICA: 1.5
HRS/SEMESTRE/TEORÍA: 81.0
HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 27
HRS/TOTALES: 108
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO
POR: Academias de Control de la ESIME, Unidades
Culhuacan y Zacatenco
APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar
de Culhuacan y Zacatenco.
Ing, Ernesto Mercado Escutia
Director de la E.S.I.M.E. Culhuacan
M. en C. Jesús Reyes García
Director de la E.S.I.M.E. Zacatenco
AUTORIZADO POR: Comisión de planes y programas de
estudio del Consejo General Consultivo del IPN.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Señales y Sistemas de Control Clásico
CLAVE
HOJA: 2 DE 9
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA
En la industria de manufactura y de la transformación, sus procesos requieren de automatización y control de las
variables que intervienen en todo el sistema, por lo que exige el planteamiento de un modelo para un análisis entre las
señales de entrada y sus respuestas en el dominio del tiempo y la frecuencia, así como de la estabilidad de los
sistemas de control.
La electrónica, los sistemas de comunicación y de cómputo son particularmente importantes porque representan los
elementos que componen un sistema de control, sin olvidar que estos tres han requerido para su desarrollo de la
teoría planteada por esta asignatura.
Esta asignatura tiene como antecedente: Algebra Lineal, Ecuaciones Diferenciales, Circuitos Eléctricos,
Electromagnetismo y Fundamentos de Máquinas Eléctricas.
Esta asignatura tiene como consecuente: Espacio de Estados y Electrónica de Potencia.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno empleará modelos descriptivos de sistemas mecánicos, eléctricos, térmicos o hidráulicos, para el análisis
de la respuesta en tiempo y frecuencia, mediante las variables o señales de entrada–salida y aplicará los elementos
que intervienen en la estabilidad de los sistemas de control, del error en estado estacionario y de los principales tipos
de controladores en la formulación de soluciones para un mejor desempeño de los Sistemas de Control.
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ASIGNATURA: Señales y Sistemas de Control Clásico
CLAVE:
No. UNIDAD I
HOJA: 3
DE
9
NOMBRE: Modelado de Sistemas
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno examinará los modelos electromecánicos, hidráulicos, neumáticos y térmicos más representativos e
identificará su comportamiento utilizando el concepto de función de transferencia y su obtención.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
1.1
Breve historia, principios y desarrollo de los sistemas
de control.
0.75
1.2
Sistemas lineales,
características
y
0.75
1.0
1.5
1.3
Analogías
y
su
modelado
de
sistemas
electromecánicos, traslacionales, y rotacionales,
sistema hidráulico, sistema neumático, sistema
térmico.
15.0
1.0
1.5
1.4
Diagramas de flujo y álgebra de bloques para
determinar la función de transferencia de sistemas
12.0
1.0
10.5
Subtotal de Horas
28.5
3.0
28.5
T
clasificación,
descripción
P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
1.5
1B,2B,3B,5B,6C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Participaciones y exposiciones en clase por el alumno, resolución de ejercicios en clase coordinados por el profesor
y realización de prácticas.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
o
o
o
Primer examen departamental, unidades I y II, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participación en el aula, 10%.
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ASIGNATURA: Señales y Sistemas de Control Clásico
No. UNIDAD II
CLAVE:
HOJA: 4
DE 9
NOMBRE: Análisis de Sistemas en el Dominio del Tiempo.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno calculará las respuestas temporales de los sistemas modelados de primer y segundo orden e interpretará
su comportamiento.
No.
TEMA
TEMAS
2.1
2.2
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
Señales de entrada típicas a sistemas lineales de
primer orden, análisis de su respuesta temporal.
9.0
1.0
9.0
Análisis de la respuesta temporal de un sistema de
segundo orden a una entrada escalón.
6.0
2.0
6.0
Subtotal de Horas
15.0
3.0
15.0
1B,2B,3B,5B,6C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Participaciones y exposiciones en clase por el alumno, resolución de ejercicios en clase coordinados por el profesor
y realización de prácticas.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
o
o
o
Primer examen departamental, unidades I y II, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participación en el aula, 10%.
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ASIGNATURA: Señales y Sistemas de Control Clásico
No. UNIDAD III
CLAVE:
HOJA: 5
DE 9
NOMBRE: Análisis de Sistemas en el Dominio de la Frecuencia
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno calculará las respuestas en frecuencia y el error en estado estacionario de los sistemas e identificará su
comportamiento.
No.
TEMA
TEMAS
3.1
3.2
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
Señal de entrada senoidal a sistemas lineales,
análisis de la respuesta en frecuencia utilizando
diagramas de Bode y en forma polar.
9.0
1.0
9.0
Análisis de error de los sistemas en el estado
estacionario; “tipo” de sistemas y función de
transferencia de lazo abierto.
3.0
2.0
3.0
Subtotal de Horas
12.0
3.0
12.0
1B,2B,3B,4C,5B,6C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Participaciones y exposiciones en clase por el alumno, resolución de ejercicios en clase y extraclase coordinados
por el profesor y realización de prácticas.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
o
o
o
Segundo examen departamental contenido de esta unidad, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participación en el aula, 10%.
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ASIGNATURA: Señales y Sistemas de Control Clásico
No. UNIDAD IV
CLAVE:
HOJA: 6 DE 10
NOMBRE: Análisis de la Estabilidad de los Sistemas
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará los criterios de estabilidad para mejorar las condiciones de los sistemas de control.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
4.1
Criterios de estabilidad absoluta, Routh-Hurwitz
3.0
2.0
3.0
4.2
Criterio de estabilidad relativa de Nyquist.
3.0
2.0
3.0
4.3
Margen de ganancia, margen de fase mediante el
análisis gráfico de Bode y de Nyquist.
4.5
2.0
4.5
4.4
Análisis de estabilidad utilizando el método gráfico de
lugar geométrico de las raíces.
9.0
2.0
2.0
Subtotal de Horas
19.5
8.0
19.5
1B,2B,3B, 4C,5B,6C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Investigación bibliográfica sobre los conceptos de estabilidad relativa y absoluta, integración de equipos para la
exposición de temas, concluyendo con la moderación del profesor y realización de prácticas.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
o
o
o
Tercer examen departamental unidades IV y V, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participación en el aula, 10%.
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ASIGNATURA: Señales y Sistemas de Control Clásico
CLAVE:
HOJA: 7 DE 9
NOMBRE: Controladores en Sistemas de Control.
No. UNIDAD V
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno utilizará las características principales de los controladores, Proporcional-Diferencial, Proporcional
Integral, proporcional-Integral-Derivativo y calculará los parámetros de los controladores KP, KI y KD.
No.
TEMA
TEMAS
5.1
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
Introducción a los
controladores clásicos,
encendido/apagado,
Proporcional-Diferencial,
Proporcional-Integral, Proporcional-Integral-Derivativo
5.5
10.0
5.5
Subtotal de Horas
5.5
10.0
5.5
1B,2B,3B,4C,5B,6C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Participaciones y exposiciones en clase por el alumno, resolución de ejercicios en clase y extraclase coordinados
por el profesor y realización de prácticas.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
o
o
o
Tercer examen departamental unidades IV y V, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participación en el aula, 10%.
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ASIGNATURA: Señales y Sistemas de Control Clásico
CLAVE:
HOJA: 8
DE 9
RELACION DE PRÁCTICAS
PRACT.
No.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
UNIDAD
DURACIÓN
LUGAR DE REALIZACIÓN
1
Análisis de las funciones de
transferencia mediante un programa
de computo.
I
3.0
Todas las prácticas se
realizarán en el
Laboratorio de Control.
2
Análisis temporal de sistemas de
primer y segundo orden, mediante
la simulación analógica y digital.
II
3.0
3
Análisis del error en estado
permanente de un sistema de lazo
abierto y lazo cerrado.
III
3.0
4
Análisis de la estabilidad y
frecuencia por métodos gráficos,
usando simulación digital.
IV
4.0
5
Simulación digital de controladores.
IV
4.0
6
Simulación
controladores.
de
V
2.0
7
Control de un proceso
aplicando PD, PI y PID.
real
V
4.0
8
Desarrollo
de
un
prototipo,
aplicando los conocimientos teóricos
adquiridos en el curso.
V
4.0
Total de Horas
27.0
analógica
.
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ASIGNATURA: Señales y Sistemas de Control Clásico
PERÍODO UNIDAD
CLAVE:
HOJA: 9
DE 9
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
I
I y II
o
o
o
Primer examen departamental unidades I y II, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participación en el aula, 10%.
II
III
o
o
o
Segundo examen departamental unidades contenido de esta unidad, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participación en el aula, 10%.
III
IV y V
o
o
o
Tercer examen departamental unidades IV y V, 60%.
Prácticas de laboratorio, 30%.
Participación en el aula, 10%.
CLAVE
B
1
X
UMEZ-ERONINI, Dinámica de sistemas y control. Edit Thomson Learning. México
2001. 993 páginas.
2
X
KUO B, Sistemas de control automático. Edit Prentice Hall. México 1997. 897
páginas.
3
X
OGATA Katsuhiko. Ingeniería de control moderna. Edit Prentice Hall España 2003
Cuarta Edición 984 páginas.
4
5
6
C
X
X
BIBLIOGRAFÍA
OGATA Katsuhiko, Problemas de ingeniería de control, usando Matlab. Edit Prentice
Hall España 1999 Primera Edición 396 páginas.
BOLTON Willian, Ingeniería de control. Edit Alfaomega, México 2001. 397 páginas.
X
RODRIGUEZ Ramírez Francisco Dinámica de sistemas. Edit. Trillas México 1989
665 páginas.
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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS
FÍSICO MATEMÁTICAS
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidades Culhuacan y Zacatenco.
CARRERA:
Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica.
ÁREA:
BÁSICAS C. INGENIERÍA
ACADEMIA:
SEMESTRE
D. INGENIERÍA
Sexto
C. SOC. y HUM.
ASIGNATURA: Señales y Sistemas de Control Clásico.
Control
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:
Licenciatura : Ingeniería en Comunicaciones y
Electrónica e Ingeniería en Control y Automatización.
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
El alumno empleará modelos descriptivos de sistemas mecánicos, eléctricos, térmicos o hidráulicos, para el
análisis de la respuesta en tiempo y frecuencia, mediante las variables o señales de entrada–salida y aplicará
los elementos que intervienen en la estabilidad de los sistemas de control, del error en estado estacionario y de
los principales tipos de controladores en la formulación de soluciones para un mejor desempeño de los
Sistemas de Control.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
Licenciatura :
Ingeniería en
Comunicaciones y
Electrónica e
Ingeniería en Control y
Automatización.
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
HABILIDADES
ACTITUDES
Manejo de grupos, equipo de
laboratorio de hardware y
Experiencia de al menos
software.
dos años en docencia en
Establecimiento de ambientes
enseñanza superior y dentro favorables al aprendizaje,
de su profesión.
Transferencia de conocimiento
teórico a la solución de
problemas. Análisis y síntesis.
Motivar al estudio.
Razonamiento e investigación,
uso de material didáctico
capacidad de liderazgo ante el
grupo
ELABORÓ
________________________
Ing. Carlos Mora Medina
M en C Alberto Paz Gutiérrez
Presidentes De Academia
Control
Ejercicio de la crítica
fundamentada, respeto,
tolerancia, compromiso con
la docencia, ética,
responsabilidad científica,
colaboración, superación
docente y profesional.
Motivar los valores humanos
e institucionales.
Compromiso social.
REVISÓ
AUTORIZÓ
_________________________
__________________________
M En C. Alberto Paz Gutierrez
Ing. Guillermo Santillán Guevara
Subdirectores Académicos
M En C Jesús Reyes García
Ing Ernesto Mercado Escutia.
Directores
FECHA:
Diciembre de 2004