Control Analógico

FORMATO OFICIAL DE MICRODISEÑO
CURRICULAR
FACULTAD: INGENIERIA
PROGRAMA: ELECTRONICA
1. IDENTIFICACIÓN DEL CURSO
NOMBRE DEL CURSO:
CONTROL ANALOGICO
CÓDIGO:30045461 No. DE CRÉDITOS ACADÉMICOS: 3
HORAS SEMANALES: 6
REQUISITOS: Electrónica Análoga III, Señales y Sistemas
ÁREA DEL CONOCIMIENTO:
Ingeniería Aplicada
UNIDAD ACADÉMICA RESPONSABLE DEL DISEÑO CURRICULAR:
ING. ELECTRONICA
COMPONENTE BÁSICO
COMPONENTE FLEXIBLE
TIEMPO (en horas) DEL TRABAJO ACADÉMICO DEL ESTUDIANTE
Actividad Académica Del
Trabajo Presencial
Estudiante
Trabajo Independiente
Total
(Horas)
Horas
96
96
192
TOTAL
96
96
192
2. PRESENTACION RESUMEN DEL CURSO
El curso inicia con el desarrollo de los conceptos básicos análisis y el diseño de sistemas de
control en tiempo continuo, teniendo como herramienta el programa de MATLAB.
Comenzando un recuento histórico de desarrollo de la teoría de control, definiendo
conceptos básicos de los componentes de un sistema de control. Se comienza a desarrollar
cada componentes de subsistemas de control con el modelamiento matemático de los
sistemas dinámicos desarrollados mediante la descripción de la Función de transferencia y
en el espacio de estado, el primero como una representación en el dominio de la frecuencia
compleja y el segundo como una representación en el dominio del tiempo. Una vez
representando en ecuaciones diferenciales, se presenta las técnicas de solución en el análisis
de cálculo la respuesta transitoria mediante el uso de MATLAB y su comportamiento de
estabilidad mediante el criterio de Routh-Horwitz. Una vez que se tiene las herramientas de
análisis se procede con el diseño empleando para ello diversas técnicas en el dominio de la
frecuencia compleja empleando para ello: el Lugar Geométrico de las Raíces La técnica de
Evans), Bode, Nyquist y Nichols y, en el domino del tiempo, en el formato de variable de
estado, emplearemos la técnica de la ubicación de los polos empleando la técnica de
controlador y el observador mediante la formula de Akerman, como herramienta de diseño y
análisis empleando el MATLAB como herramienta de anális y de diseño. Por último como
estrategia de diseño como un caso particular de la respuesta en frecuencia se analiza y diseña
un sistema de control empleando el PID (Proporcional, Integral y Diferencial).
3. JUSTIFICACIÓN.
El estudio de sistemas de control ha adquirido una gran importancia debido a su amplia
aplicación en el trabajo tecnológico y especialmente en el desarrollo de la automatización, que
hoy por hoy ha logrado extenderse a muchas áreas del conocimiento. El curso suministra
herramientas para el análisis y diseño de sistemas de control empleando técnicas de entrada /
salida. Los sistemas estudiados son lineales, invariables con el tiempo, determinísticos. A
partir de este curso el estudiante obtiene los conocimientos básicos necesarios para
profundizar en sistemas de control digital, teoría de sistemas y control de proceso.
4. COMPETENCIAS GENERALES
COMPETENCIAS GENERALES
INTERPRETATIVA
SABER
Estudiar,
analizar,
comprender
y
desarrollar las técnicas de análisis y diseño
de sistemas de control en tiempo continuo en
el desarrollo de algunas aplicaciones
ARGUMENTATIVA Manejar a través de modelos matemáticos,
lineales e invariantes en el tiempo continuo
de los sistemas dinámicos de los procesos
industriales, que se comporten bajos ciertas
especificaciones de desempeño deseados .
PROPOSITIVA
El estudiante debe de estar en capacidad de
elaborar modelos prácticos en donde interactúen las propiedades y aplicaciones los
métodos de análisis y diseño en el dominio de
la frecuencia compleja y en el dominio del
tiempo, empleando las técnicas conocidas de
control convencional.
El estudiante debe aprender a utilizar los diferentes métodos
HACER
existentes para el desarrollo de las técnicas de análisis y diseño con
técnicas en el dominio de la frecuencia compleja (Evans, Bode,
Nyquist, Nichols) y en dominio del tiempo en representación en
variable de estado (Ubicación de los polos) y sus diferentes
aplicaciones .
 Analizar, diseñar, simular, construir y evaluar modelos
matemáticos con MATLAB
 Analizar, diseñar, simular, construir y evaluar circuitos para
implantar PID análogos con amplificadores Operacionales
 Analizar, diseñar, simular, construir y evaluar circuitos para
implantar
Controladores
análogos
con amplificadores
Operacionales
 Explotar a un elevado nivel los programas profesionales para el
diseño de circuitos asistido por computador (MATLAB).
 Utilizar ampliamente la literatura científica y técnica, incluidos
manuales en español e inglés, sobre circuitos electrónicos.
 Elaborar informes técnicos de calidad utilizando las normas
técnicas orientadas para este fin.
A través del trabajo en grupo se despertará en el estudiante el
SER
compañerismo y los valores sociales que conlleven a la tolerancia, el
compromiso y el compartir conocimientos que estimulen una actitud
reflexiva e inteligente en la construcción de su proyecto de vida.
 Contribuir a lograr rigor científico, tanto en lo que se refiere a la
aplicación de los conceptos y a la formulación de los temas,
como a la aplicación de los métodos y formas de trabajo.
 Contribuir a una alta responsabilidad ética y moral para poner el
resultado de su trabajo
 en función de los requerimientos de la sociedad donde vive,
manteniendo una actitud
 responsable ante el cuidado del medio ambiente y el desarrollo
sostenible.
 Contribuir a mantener la competencia profesional y por tanto la
capacidad de superación y auto preparación durante su vida
laboral activa.
 Contribuir a una actitud positiva en su conducta social y
correctos hábitos de educación formal, así como alcanzar
habilidades en la comunicación social, tanto desde el punto de
vista laboral como en sus relaciones sociales generales.
5. DEFINICION DE UNIDADES TEMATICAS Y ASIGNACIÓN DE TIEMPO DE
TRABAJO PRESENCIAL E INDEPENDIENTE DEL ESTUDIANTE POR CADA EJE
TEMATICO
DEDICACIÓN DEL
ESTUDIANTE (horas)
No.
NOMBRE DE LAS UNIDADES TEMÁTICAS
1
Introducción a los Sistemas de Control y
Modelo matemático de sistemas lineales
UNIDAD 1.
Análisis de la respuesta transitoria y
Acciones básicas de control y respuestas de sistema
de control
UNIDAD 3. Análisis del lugar geométricos de las raíces
y Diseño de sistemas de control mediante el método
del lugar geométricos de las raíces
HORAS
TOTALES
a) Trabajo
b) Trabajo
Presencial
Independiente
4
4
8
20
20
40
24
24
48
(a + b)
UNIDAD 2.
2
3
Análisis de la respuesta en frecuencia y
Diseño de sistemas de control empleando el método la
respuesta en frecuencia
UNIDAD 4.
4
5. Controladores PID e introducción al
control robusto y Análisis de sistema de control en
variable de estado
TOTAL
UNIDAD
5
24
24
48
24
24
48
96
96
192
6. PROGRAMACION SEMANAL DEL CURSO
ACTIVIDADES Y
Unidad
No.
Temática
Semanas
CONTENIDOS TEMÁTICOS
H. T. P.
H.T.I.
ESTRATEGIAS
PEDAGOGICAS
Clases
Laboratorio
Trabajo
Trabajo
y/o practica
dirigido
independiente
1
Introducción a los Sistemas de Exposición del docente
Control: Introducción. Ejemplos de
Ejercicios en clase
Sistemas de Control. Control en lazo
cerrado en comparación con el control
en lazo cerrado. Diseño de los sistemas
de control.
2
4
2
Modelo matemático de sistemas
lineales: Introducción. Función de
transferencia y respuesta impulso.
Diagramas de bloque. Modelado en el
espacio de estados. Representación en
el espacio de estados de sistemas
dinámicos
Sistemas mecánicos y eléctricos.
Sistemas del nivel del líquido. Sistemas
térmicos. Linealización de modelos
matemáticos no lineales.
8
8
1
2y3
3
Exposición
del
docente.
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
Exposición
del
docente.
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
6
2
4
4
Análisis de la respuesta transitoria: Exposición
del
docente.
Introducción. sistemas de primer orden
Formulación de problemas.
y segundo orden.
Ejercicios en clase
6
2
4
Evaluación
5
Análisis de respuesta transitoria con Exposición
del
docente.
Matlab. Un problema de ejemplo
Formulación de problemas.
resuelto con Matlab.
Ejercicios en clase
6
2
4
6
Acciones básicas de control y Exposición
del
docente.
respuestas de sistema de control:
Formulación de problemas.
Introducción. Acciones básicas de
control. Efectos de las acciones de Ejercicios en clase
control integral y derivativa sobre el
desempeño de un sistema. Sistemas de
orden superior. Criterio de estabilidad
de Routh
6
2
2
7
Controladores
neumáticos, Exposición
del
docente.
electrónicos, hidráulicos. Adelanto de
Formulación de problemas.
fase y retraso de fase en una respuesta
senoidal. Errores en estado estable en Ejercicios en clase
los
sistemas
de
control
de
realimentación unitaria.
6
2
4
8
Análisis del lugar geométricos de las Exposición
raíces: Introducción. Gráficas del lugar
6
2
4
3y4
del
docente.
geométrico de las raíces. Reglas Formulación de problemas.
generales para construir los lugares
Ejercicios en clase
geométrico de las raíces. Gráficas del
lugar geométricos de las raíces Evaluación
empleando Matlab
9
Casos especiales. Análisis de control Exposición
del
docente.
empleando el método del lugar
Formulación de problemas.
geométrico de las raíces. Lugares
geométrico de las raíces con retardo de Ejercicios en clase
transporte. Gráficas de contorno de las
raíces.
6
2
4
10
Diseño de sistemas de control Exposición
del
docente.
mediante el método del lugar
Formulación de problemas.
geométricos
de
las
raíces:
Introducción.
Consideraciones Ejercicios en clase
preliminares de diseño. Compensación
de adelanto. Compensación en atraso.
Compensación en adelanto-atraso.
6
2
4
11
Análisis de la respuesta en
frecuencia: Introducción. Diagramas
de Bode. Graficación de diagramas de
Bode mediante Matlab. Diagramas
Polares. Obtención de Diagramas
Polares mediante el Matlab. Diagramas
de Magnitud logarítmica contra la fase.
4
2
2
4
4
2
2
4
4y5
12
Criterio
Análisis
relativa.
lazo
Exposición
del
docente.
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
Evaluación
de Estabilidad de Nyquist. Exposición
del
docente.
de estabilidad. Estabilidad
Formulación de problemas.
Respuesta en frecuencia en
cerrado.
Determinación
experimental
transferencia.
de
funciones
de Ejercicios en clase
13
Diseño de sistemas de control Exposición
del
docente.
empleando el método la respuesta en
Formulación de problemas.
frecuencia:
Introducción.
compensación
por
adelanto. Ejercicios en clase
Compensación
por
atraso.
Compensación por adelanto- atraso.
4
2
2
4
14
Controladores PID e introducción al
control robusto: Introducción. Reglas
para sintonización para controladores
PID. Modificaciones de los esquemas
de control PID. Control de dos grados
de libertad. Consideraciones de diseño
para el control robusto.
4
2
2
4
Exposición
del
docente.
Formulación de problemas.
Ejercicios en clase
Evaluación
15
Análisis de sistema de control en Exposición
del
docente.
variable
de
estado:Introducción.
Formulación de problemas.
Representaciones en el espacio de
estado basados en la función de Ejercicios en clase
transferencia.
Transformación
de
modelos de los sistemas con Matlab.
6
2
4
16
Solución de la ecuación de estado Exposición
del
docente.
lineal e invariante con el tiempo.
Formulación de problemas.
Algunos resultados útiles en el análisis
matricial.
Controlabilidad. Ejercicios en clase
Observabilidad.
Evaluación
6
2
4
5
H. T. P. = Horas De trabajo presencial
H. T. I. = Horas de trabajo independiente
7. EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
UNIDAD TEMÁTICA
ESTRATEGIA DE EVALUACION
1.
UNIDAD
1.
Introducción
a
los
Sistemas de Control y
Modelo matemático de
sistemas lineales
2. UNIDAD 2.
Análisis de la respuesta
transitoria y Acciones
básicas de control
y
respuestas de sistema de
control
3. UNIDAD 3.
Evaluación escrita
PORCENTAJE (%)
10%
Trabajo en grupo:10% Evaluación 20%
escrita:10%
Exposición estud. 5% Evaluación 20%
Análisis
del
lugar escrita:15%
geométricos de las raíces
y Diseño de sistemas de
control
mediante
el
método
del
lugar
geométricos de las raíces
4. UNIDAD 4.
Trabajo en grupo:5% Evaluación 20%
Análisis de la respuesta
escrita :15%
en frecuencia y Diseño
de sistemas de control
empleando el método la
respuesta en frecuencia
5. UNIDAD 5.
Evaluación escrita
Controladores PID e
Laboratorio
introducción al control
robusto y Análisis de
sistema de control en
variable de estado
15%
15%
8. BIBLIOGRAFÍA
a.
Bibliografía Básica:
OGATA, Katzuhiko. Ingeniería de Control moderna.
b. Bibliografía Complementaria:
KUO, Benjamín. Sistemas de Control Automático. 5 edición.
DORF, R.. Sistemas de Control Moderno.
OBSERVACIONES
DILIGENCIADO POR : Ing., Esp., Ramiro Perdomo Rivera
FECHA DE DILIGENCIAMIENTO: 26-01-2007