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. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS 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. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS 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. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS 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%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS 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%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS 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%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS 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%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS 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%. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS 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 . INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS 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. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA 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