Descarga - Control Digital

1. - DATOS DE LA ASIGNATURA
Nombre de la asignatura: CONTROL DIGITAL.
Carrera: INGENIERIA MECATRONICA
Clave de la asignatura: IMC0701
Horas teoría - Horas práctica - Créditos: 4-2-10
2.- HISTORIA DEL PROGRAMA
Lugar y fecha de
elaboración o revisión
Instituto Tecnológico de
San Luis Potosí de agosto
a diciembre de 2006.
Participantes
Observaciones (cambios y
justificación)
Representantes de la
academia de
Mecatrónica
Elaboración del programa
desarrollado. Liberación para su
revisión.
3.- UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA
a). Relación con otras asignaturas del plan de estudio
ANTERIORES
ASIGNATURAS
POSTERIORES
TEMAS
Matemáticas V
Transformadas de
Laplace
Ing. de control
Modelos matemáticos
de sistemas lineales;
Análisis de sistemas
en el tiempo ; Modos
y acciones básicas de
control
ASIGNATURAS
Ninguna
TEMAS
Ninguna
Electrónica Analógica Conversión A/D y
Conversión D/A
b) APORTACIÓN DE LA ASIGNATURA AL PERFIL DEL EGRESADO
El alumno tendrá la capacidad de solucionar problemas integrando las
tecnologías emergentes, mediante el manejo de herramientas de vanguardia,
el control, la automatización, la operación, la supervisión, la evaluación y el
mantenimiento de procesos de acuerdo con las nuevas necesidades
tecnológicas.
4.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO

Proporcionar al alumno los conocimientos básicos necesarios para que sea
capaz de analizar, diseñar, construir, operar y mantener sistemas de control
digital.
5.- TEMARIO
NUMERO
1
TEMAS
SUBTEMAS
Transformada Z
1.1 Introducción
1.2 Aplicaciones de la transformada Z
1.3 Funciones de variable natural
(funciones discretas en el tiempo)
1.4 Funciones discretas básicas
1.5 Definición de transformada Z
1.6 Transformadas de las funciones
discretas básicas
1.7 Teoremas de transformada Z
1.8 Tablas de transformada Z
1.9 Ecuaciones en Diferencias
1.10 Transformada
Z de las
ecuaciones en diferencias
1.11 Solución de ecuaciones en
diferencias por el método de la
transformada Z.
1.12 Teorema del valor inicial
1.13 Teorema del valor final
1.14 La transformada Z inversa
1.15 Búsqueda en tablas
1.16 Obtención de la Transformada
Z inversa, desarrollando F(z)
en fracciones parciales.
1.17 Obtención de la transformada Z
inversa desarrollado F(z) en
una serie infinita de potencias.
2
Sistemas Discretos
2.1 Teoremas de muestreo.
2.1.1 Teorema de Shannon
2.2 Retenedores y sujetadores.
2.3 Identificación de sistemas
discretos de primer, segundo
orden y orden superior.
2.4 Filtros digitales.
3
Algoritmos de Control
3.1 Algoritmos de control:
Proporcional, integral, derivativo y
combinaciones (PI, PD, PID).
3.2 Modos de control en términos
discretos.
3.3 Simulación del comportamiento
de sistemas discretos utilizando
herramientas computacionales
(SIMULINK DE MATLAB).
3.4 Implementación de los
algoritmos de control discretos en
procesadores.
4
Estabilidad de sistemas
muestreados
4.1
4.2
4.3
4.4
Lugar de las raíces
Criterio de Bode
Criterio de Nyquist
Criterio de Jury
6.- APRENDIZAJES REQUERIDOS

El alumno deberá tener conocimientos de teoría del control, sistemas
digitales, convertidores A/D y D/A, el concepto de filtros así como el dominio
de algún lenguaje de programación de alto nivel y microprocesadores.
7.- SUGERENCIAS DIDACTICAS




Realizar investigación bibliográfica y de artículos técnicos relacionados con
cada uno de los temas.
Investigación en el entorno industrial de la aplicación del control digital en la
práctica
Realizar simulación del comportamiento de sistemas discretos utilizando
herramientas computacionales (SIMULINK DE MATLAB) en las Unidades 2,
3 y 4 para una mejor comprensión de los temas.
Resolución de problemas en todas las unidades.
8.- SUGERENCIAS DE EVALUACION
-
Evaluar el contenido teórico de cada unidad.
Evaluar trabajos de Investigación.
Examen por unidad
Realizar como mínimo 1 práctica por unidad y evaluarla
Evaluar una tarea como mínimo de Resolución de problemas por unidad.
9.- UNIDADES DE APRENDIZAJE
UNIDAD 1.- TRANSFORMADA Z
Objetivo
Actividades de Aprendizaje
Educacional
Aplicar la definición de 1.1 Aplicar
la
definición
de
transformada
en
la
transformada a las funciones
solución de ecuaciones
discretas básicas.
en
diferencias
de 1.2 Realizar
ejercicios
de
la
sistemas discretizados.
transformada Z usando Tablas
para las transformaciones directas.
1.3 Aplicar
la
definición
de
transformada en la solución de
ecuaciones de diferencias.
1.4 Aplicar
la
definición
de
transformada Z inversa.
Fuentes de
información
4,5,8,11
UNIDAD 2.- SISTEMAS DISCRETOS
Objetivo
Actividades de Aprendizaje
Educacional
El alumno comprenderá 2.1 Análisis y aplicación práctica del
la teoría de sistemas
Teorema de Shannon en sistemas
discretos y aprenderá el
discretos
concepto de muestreo 2.2 El concepto de muestreo y
de una señal, así como
propiedades
de
una
señal
el de reconstrucción
muestreada
así
como
su
reconstrucción
aplicando
los
diferentes modos de conversión.
2.3 Definición de los retenedores de
diferente orden.
2.4 Identificar sistemas discretos de
primer orden, segundo orden y
orden superior y ver su respuesta
para diferentes señales de entrada
Fuentes de
información
2,4,11,13,14
UNIDAD 3.- ALGORITMOS DE CONTROL
Objetivo
Actividades de Aprendizaje
Educacional
El
alumno
podrá 3.1 Que el alumno incursione por
plantear algoritmos de
algoritmos y métodos de control
control para sistemas
digital bien establecidos en la
discretos
practica industrial tales como los
reguladores PID
3.2 Se aplicaran las herramientas
computacionales (SIMULINK DE
MATLAB). para simular el
comportamiento de sistemas
discretos.
3.3 El maestro explicara los diferente
modos de control discreto
Fuentes de
información
5,10,11
UNIDAD 4.- ESTABILIDAD DE SISTEMAS MUESTREADOS
Objetivo
Actividades de Aprendizaje
Educacional
El
alumno
podrá 4.1 Que el alumno conozca
las
verificar la estabilidad
diferentes técnicas de análisis de
de los algoritmos de
estabilidad de sistemas discretos y
control para sistemas
las aplique a diferentes sistemas de
discretos
control digital bien establecidos en la
práctica.
4.2 Se aplicaran las herramientas
computacionales de SIMULINK DE
MATLAB
y programación en
MATLAB
para
simular
el
comportamiento
de
sistemas
discretos y verificar que son
estables.
Fuentes de
información
5,6,8,9,10,11
10.- FUENTES DE INFORMACIÓN
1. DIGITAL SIGNAL PROCESSING A SYSTEM DESIGN
APPROACH
DAVID J. DE FATTA
JOSEPH G. LUCAS
WILLIAM S. HODGKISS
ED. JHON WILEY & SONS
2. DIGITAL CONTROL SYSTEM ANALYSIS AND DESIGN
CHARLES L. PHILLIPS
H. TROY NAGLE, JR.
PRENTICE-HALL, INC
3. INTRODUCCION AL PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES.
JUAN GARCÍA LÓPEZ
CENTRO DE GRADUADOS E INVESTIGACION
INSTITUTO TECNOLOGICO DE LA LAGUNA
4. DIGITAL CONTROL OF DYNAMIC SYSTEMS
GENE F. FRANKLIN, J. DAVID POWELL, MICHAEL L. WORKMAN
ADDISON-WESLEY
5. DIGITAL CONTROL SYSTEMS THEORY, HARDWARE,
SOFTWARE
CONSTANTINE H. HOUPIS
GARY B. LAMONT
ED. MCGRAW-HILL SERIES IN ELECTRICAL ENGINEERING.
6. SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE CONTROL.
BENJAMÍN C. KUO .
ED. CECSA
7. DIGITAL CONTROL ENGEENERING.
M. GOPAL.
ED. JOHN WILEY.
8. RETROALIMENTACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL
JOSEPH J. DISTEFANO ALLEN R. STUBBERUD E IVAR J.
WILLIAMS
ED. MCGRAW-HILL
9. SISTEMAS DE CONTROL AUTOMÁTICO
BENJAMÍN C. KUO
ED. PRENTICE HALL
10. SISTEMAS DE CONTROL EN TIEMPO DISCRETO
KATSUHIKO OGATA
ED. PRENTICE HALL
11. CONTROL DE SISTEMAS DISCRETOS
REINOSO GARCIA, SEBASTIAN Y ZUÑIGA, TORRES MEDINA Y
ARACIL SANTOJA.
ED. MC GRAW HILL
12. SOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA CON MATLAB
DOLORES M. ETTER
ED. PRENTICE HALL
13. SISTEMAS DE CONTROL PARA INGENIERIA
NORMAN S. NICE
ED. CECSA
3A EDICIÓN.
14. DINAMICA DE SISTEMAS Y CONTROL.
ERONINI-UMEZ-ERONINI
ED. THOMSON LEARNING
11.- PRÁCTICAS
NUMERO
DE
DESCRIPCION (TEMA).
PRACTICA.
1
Modelado de un Sistema Físico de Tipo Eléctrico.
Dado un proceso físico, definir las variables de
Entrada-Salida, y obtener la respuesta temporal en
forma experimental, para que con esto se estimen los
valores de sus parámetros determinando su modelo
matemático y su función de transferencia. Establecer el
sistema de ecuaciones que representa al sistema físico
en forma de ecuaciones diferenciales.
2
Circuito retenedor de señales
Construir el circuito del retenedor de señales con
amplificadores
operacionales
y
probar
su
funcionamiento.
UNIDAD.
1
2
3
Circuitos: convertidor análogo a digital y
convertidor digital a analógico.
Verificar el funcionamiento de un circuito análogo a
digital con circuito integrado, aplicado a sistemas de
control digital. Y la reconstrucción de la señal
utilizando circuito muestreador y un convertidor digital a
analógico. Además comprobar el Teorema de
Shannon.
2
4
Modos de Control en Lazo Abierto
Dado un proceso físico, y utilizando un controlador
digital, experimentar con los modos de control P, I y D
así como sus combinaciones en lazo abierto; para
observar su respuesta en términos de estabilidad y las
gráficas de respuesta usando diferentes señales de
excitación como escalón y rampa. Generar un
programa en Matlab para simular el problema e
interpretar el gráfico generado con la simulación.
Comparar los resultados de la simulación con los
obtenidos en el laboratorio.
3
5
Sistemas con Realimentación
Dado un sistema de control digital en lazo cerrado con
un controlador PID, observar como se modifica su
respuesta, utilizando diferentes señales de excitación.
Generar un programa en Matlab para simular el
problema e interpretar el gráfico generado con la
simulación. Comparar los resultados de la simulación
con los obtenidos en el laboratorio.
3
6
Análisis de Estabilidad de un Sistema Discreto.
Dado un sistema de control digital en lazo cerrado con
un controlador PID, encontrar el valor crítico de los
parámetros que intervienen en la estabilidad de un
sistema digital. Generar un programa en Matlab para
simular el problema e interpretar el gráfico generado
con la simulación, variando los parámetros que son
críticos para la estabilidad del sistema. Comparar los
resultados de la simulación con los obtenidos en el
laboratorio.
4