Sistemas de Control (6º4º)

E.T. Nº 17 D.E. Nº 13 B. G. Don Cornelio Saavedra
PLANIFICACION ANUAL 2011 – AREA ELECTRONICA
Asignatura: SISTEMAS DE CONTROL
Profesor: Ing. Javier Claudio Surroca
Curso: 6º 4º ELCA
Horas semanales: 6
Diagnóstico:
Se evaluaron conocimientos adquiridos en años anteriores, fundamentalmente la
aplicación de la Transformada de Laplace a circuitos eléctricos pasivos y una revisión de
Ecuaciones Diferenciales de primer y segundo orden con buen rendimiento del grupo de alumnos.
1) Propósitos y Fundamentación de la Asignatura:
Los automatismos y los sistemas de control son la base de la industria moderna y no debe
haber rama de la técnica que no los utilice actualmente, incluyendo los electrodomésticos y
sistemas que podamos tener en nuestras viviendas u oficinas.
El propósito de ésta asignatura es estudiar los sistemas de control formados por componentes
electrónicos, eléctricos, mecánicos, hidráulicos, neumáticos, térmicos y electromecánicos como
así también combinaciones de los anteriores. Se analizarán sus respuestas en régimen transitorio y
permanente en el dominio del tiempo y de la frecuencia.
2) Articulación con Otras Asignaturas:
Puede integrarse con la asignatura Laboratorio de Computadoras Electrónicas mediante
prácticas que incluyan el diseño de algún sistema controlado por circuitos electrónicos discretos,
con lógica digital o con microcontroladores.
3) Objetivos de aprendizaje:
- Afirmación de conceptos matemáticos al aplicarlos en problemas concretos.
- Adquirir conocimientos sobre la terminología utilizada en sistemas de control.
- Diferenciar sistemas de lazo abierto y de lazo cerrado.
- Entender el problema de linealizar y acotar un sistema físico.
-Conocer las formas de representación gráfica de los sistemas de control
y obtener la/s funciones transferencia mediante distintos métodos.
- Hallar las transferencias de componentes simples de tipo electrónico, eléctrico,
mecánico, electromecánico, térmico, hidráulico y neumático.
- Entender el funcionamiento de sistemas completos los métodos de
representación gráfica.
- Analizar la respuesta temporal transitoria de sistemas de 1er y 2do orden.
- Interpretar los conceptos de señal de error y de actuación, ganancia del sistema
y sensibilidad del lazo. Cálculo de los coeficientes de error.
- Realizar compensaciones para mejorar la respuesta de un sistema.
- Aplicar conceptos adquiridos en subsistemas proporcionales, derivativos e
integrales.
- Conocer métodos de estabilización de sistemas de control. Interpretar los
resultados del análisis y los conceptos de margen de ganancia y de fase.
-Conocer la estructura y funciones de un PLC. Lenguaje de programación y
aplicación en diseños sencillos.
-Conocer el programa MATLAB realizando cálculos y gráficos aplicando
conceptos adquiridos.
-Conocer el programa FluidSim para realizar simulaciones de sistemas electroneumáticos.
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4) Contenidos de las unidades didácticas:
Unidad 1.- Introducción a los sistemas de control: Repaso de conceptos matemáticos. Reseña
histórica, comparación con sistemas modernos de control. Definiciones y terminología utilizada.
Características de los sistemas de control a lazo abierto y lazo cerrado. Ventajas y desventajas
comparativas. Sistemas lineales y alineales. Acotación y linealización de problemas físicos.
Modos de representar los sistemas. Obtención de las funciones transferencia. Ecuación
característica.
Tiempo estimado: 18 horas (3 semanas)
1er trimestre
Unidad 2.- Diagramas en bloques: Resolución de sistemas de control a lazo cerrado.
Representación gráfica mediante diagramas de bloques y flujogramas de señal. Reducción de
diagramas. Obtención de funciones transferencia aplicando álgebra de bloques y el método de
Masson.
Tiempo estimado: 30 horas (5 semanas)
1er trimestre
Unidad 3.- Modelos matemáticos de sistemas físicos reales: Representación y cálculo de
transferencias de sistemas reales de distinto tipo: electrónicos, eléctricos, mecánicos, hidráulicos,
neumáticos, térmicos y combinaciones de los mismos. Linealización de sistemas no lineales.
Análisis cualitativo de sistemas completos.
Tiempo estimado: 42 horas (7 semanas)
1er y 2do trimestre
Unidad 4.- Análisis de la respuesta temporal en régimen transitorio: Respuesta en régimen
transitorio de sistemas de 1er. y 2do. orden excitados por señales escalón, rampa e impulso de
Dirac. Análisis de un sistema de mayor orden. Polos dominantes.
Tiempo estimado: 18 horas (3 semanas)
2do yrimestre
Unidad 5.- Análisis de la respuesta en régimen permanente. Errores en régimen permanente
ante distintos tipos de señales de entrada. Señal de actuación y señal error. Ganancia del lazo y
sensibilidad estática. Tipos de sistemas. Coeficientes estáticos de error, cálculo y análisis gráfico.
Tiempo estimado: 18 horas (3 semanas)
2do trimestre
Unidad 6.- Controladores y filtros de compensación. Control proporcional, derivativo e
integral. Mejoras en las respuestas en régimen transitorio y permanente. Compensación mediante
acciones proporcionales, proporcional-derivativa, proporcional-integral, proporcional-integralderivativa.
Tiempo estimado: 18 horas (3 semanas)
2do trimestre
Unidad 7.- Respuesta en frecuencia y estabilidad. Diagramas de polos y ceros. Diagramas de
Bode. Condiciones y criterios para el análisis de estabilidad. Lugar de raíces. Márgenes de
ganancia y de fase.
Tiempo estimado: 24 horas (4 semanas)
3er trimestre
Unidad 8.- Diseño y análisis de un sistema de lazo cerrado con especificaciones concretas.
Introducción a los controladores lógicos programables. Características y funciones. Métodos y
lenguajes de programación.
Tiempo estimado: 48 horas (8 semanas)
3er trimestre
5) Actividades de aprendizaje:
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Trabajos prácticos de aula y de laboratorio:
1) Comparación entre sistemas de control a lazo abierto y cerrado (investigación).
2) Reducción de diagramas en bloques aplicando álgebra de bloques.
3) Reducción de diagramas aplicando el método de Masson.
4) Modelos matemáticos y diagramas de bloques para sistemas electrónicos y
eléctricos.
5) Modelos matemáticos y diagramas en bloques para sistemas mecánicos de
traslación y rotación.
6) Modelos matemáticos y diagramas de bloques para sistemas electromecánicos.
7) Modelos matemáticos y diagramas de bloques para sistemas neumáticos e
hidráulicos.
8) Modelos matemáticos y diagramas de bloques para sistemas térmicos.
9) Análisis de la respuesta transitoria de sistemas de distinto orden.
10) Análisis de la respuesta en régimen permanente de distintos sistemas.
11) Análisis de la respuesta en frecuencia y criterios de estabilización.
12) Investigación de las características, funciones y aplicaciones de diferentes PLC.
13) Programación de PLC mediante diagramas ladder y lenguajes secuenciales.
14) Utilización del programa MTLAB para la obtención de funciones transferencia,
Actividad integradora y de investigación:
Realización del diseño en carácter de proyecto de un sistema de control con control
electrónico, simulación en computadora y análisis de factibilidad cuyo tema será propuesto por el
docente. Las posibles soluciones serán a elección de los alumnos que, dadas las características y
cantidad de los mismos, se formará un grupo con división de tareas.
Recursos:
Se utilizarán además de los recursos clásicos del aula, las netbooks de los alumnos,
Internet y elementos del Laboratorio de Electrónica.
Criterios de evaluación:
Aprobación de las pruebas escritas teórico/prácticas.
Aprobación de los trabajos prácticos de aula individuales y en grupo.
a) Se evaluará la predisposición y actitud ante la búsqueda de información-investigación
y la colaboración dentro del grupo.
b) La incorporación de nuevos conceptos y en que manera, mediante las referencias,
permitan al alumno ampliar los conocimientos sobre sistemas de control.
c) La precisión en los cálculos y elección de dispositivos considerando la posibilidad de
una eventual construcción de la máquina proyectada.
6) Bibliografía Recomendada:
- Retroalimentación y sistemas de control. Autor: Distéfano-Stubberud-Williams – Ed:
Mc.Graw Hill
- Ingeniería de control moderna. Autor: Ogata Katsuhiko – Ed: Pearson Educación.
- Apuntes de la asignatura.
Prof. Ing. Javier Claudio Surroca
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