Sistemas de Control de Modelos Automotrices - Esime

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
CARRERA:
Ingeniería en Sistemas Automotrices.
ASIGNATURA:
Sistemas de Control de Modelos Automotrices
SEMESTRE: Octavo
OBJETIVO GENERAL:
Evaluar el desempeño de sistemas de control en modelos automotrices, mediante los conceptos de control
inteligente, respecto a: la dinámica del vehículo, regulación de sistemas de frenado, tracción ABS y ASR, y
suspensión, para la respuesta dinámica de cada sistema.
CONTENIDO SINTETICO:
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
Control de la Dinámica de Vehículos (VDC)
Regulación del sistema de frenado, tracción, sistemas anti-bloqueo (ABS).
Regulación de la tracción, sistemas anti-deslizamiento (ASR).
Control del Sistema de suspensión piloteada.
Control del Sistema de suspensión semi-activa.
Control del Sistema de suspensión activa
METODOLOGÍA:
El profesor a través del método deductivo conceptualizará el control inteligente de sistemas, con ayuda de
información extraída de las tecnologías de información que utilice el alumno. El profesor asociará los conceptos de
control con el modelado de la dinámica del vehículo, la regulación de los sistemas de frenado, tracción ABS y
ASR, así como del control del sistema de suspensión. El alumno obtendrá la respuesta dinámica de estos sistemas
por medio de programas computacionales.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
Se evaluará con tres exámenes departamentales.
La calificación de la teoría será el promedio de los tres exámenes departamentales,
Prácticas de laboratorio
Participación en clase, tareas y trabajos
La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría, en el laboratorio.
BIBLIOGRAFÍA:
1. D’azzo, J.J., Houpins, C.H., Feedback Control System Analysis and Synthesis, 824 págs, Ed. Mc Graw
Hil , 1966 Second Editión; Japón, ISBN: 970-12-0654-X.
2. Eronini Umez-Eronini; Dinámica de Sistemas y Control; 993 págs, Ed. Thomas Learning, 2001,
Primera Edición; México, ISBN: 958-12-0674-7.
3. Harrison, Howard L. y Bolinger, John G., Controles Automáticos, 785 págs, Editorial, Trillas; 1985 México,
ISBN: 998-32-0694-3
4. Kuo, Benjamin C.; Sistemas Automáticos de Control; 897 págs, Ed. Prentice Hall, 1996, Séptima
Edición; México, ISBN 964-11-0574-9
5. Ogata, Katsuhiko; Ingeniería de Control Moderna; 965 págs, Ed. Prentice Hall, 2002, Cuarta Edición;
México, ISBN: 980-22-50614.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ESCUELA:
SUPERIOR
DE
INGENIERÍA
MECÁNICA Y ELÉCTRICA
CARRERA: Ingeniería en Sistemas Automotrices,
OPCIÓN: Control de Sistemas Automotrices
(electrónica).
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO:
ASIGNATURA: Sistemas de Control de Modelos
Automotrices
SEMESTRE: Octavo
CLAVE:
CRÈDITOS: 7.5
VIGENTE:
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico – Práctica (optativa)
MODALIDAD: Presencial.
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS/SEMANA/TEORÍA:
HRS/SEMANA/PRÁCTICA:
3.0
1.5
HRS/SEMESTRE/TEORÍA:
HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA:
54
27
HRS/TOTALES:
81
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO
POR: Colegio de Ingeniería en Sistemas Automotrices
REVISADO POR: Comisión de Programas Académicos
de ISISA
APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar:
Dr. Emmanuel Alejandro Merchán Cruz, M en C. Miguel
Ángel Rodríguez Zuno, Ing. Miguel Álvarez Montalvo, M.
en C. Jesús Reyes García, M. en C. Arodi Rafael
Carballo Domínguez, Ing. Apolinar Francisco Cruz
Lázaro, LAI. Josefina González de la Riva. Ing. Eusebio
Vega Pérez.
AUTORIZADO POR: Comisión de Programas
Académicos del Consejo General Consultivo del IPN:
___________________________________________
Ing. Rodrigo de Jesús Serrano Domínguez
Secretario Técnico de la Comisión de Programas
Académicos
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
Sistemas de Control de Modelos
Automotrices
CLAVE:
HOJA:
3
DE
12
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA
En la formación del Ingeniero en Sistemas Automotrices, es necesario que el alumno tenga el dominio del
análisis y la síntesis de los sistemas de control de modelos automotrices, como un medio por el cual el
egresado de ésta carrera pueda analizar y proponer soluciones, ante posibles disturbios que se
presenten en los sistemas dinámicos del automóvil. Por esta razón, es de gran importancia el estudio de los
sistemas de control inteligente ya sea que el sistema se encuentre operando en tiempo continuo o en la
frecuencia.
Los Sistemas de Control en los Modelos Dinámicos Automotrices ha experimentado un gran avance en los
últimos años debido a dos elementos principales a las herramientas de automatización y al desarrollo de los
microcontroladores/DSP en unión con los módulos de las interfases dedicadas (sensores y actuadores) al
mundo automotriz.
Las asignaturas antecedentes son: teoría del control, Sistemas Automotrices, interfaces y microcontroladores,
electrónica operacional y de potencia, electricidad y electrónica automotriz, dinámica del vehículo
Las asignaturas consecuentes son: Proyecto terminal o estancia industrial.
Las asignaturas colaterales son: Automóviles eléctricos, instrumentación automotriz
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
Evaluar el desempeño de sistemas de control en modelos automotrices, mediante los conceptos de
control inteligente, respecto a: la dinámica del vehículo, regulación de sistemas de frenado, tracción ABS y
ASR, y suspensión, para la respuesta dinámica de cada sistema.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
N° UNIDAD:
Sistemas de Control de Modelos
Automotrices
I
CLAVE:
HOJA:
DE
4
12
NOMBRE: Control de la Dinámica de Vehículos
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
Analizar los modelos dinámicos de vehículos, con la teoría de lazo abierto y cerrado, y la respuesta al escalón
unitario, para la simulación del control de la dinámica del vehículo
No.
TEMA
TEMA
HORAS
P
EC
4.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1.1
Modelos dinámicos en el dominio del tiempo.
T
1.5
1.2
Análisis de lazo abierto.
1.5
1.3
Análisis de lazo cerrado.
1.5
1.4
Respuesta al escalón unitario.
1.0
1.5
Análisis de Estabilidad.
0.5
1B, 2B, 3B
1B, 2B, 3B
1.6
Simulación
1.5
1B, 2B, 3B
Subtotal
7.5
1B, 2B, 3B
1B, 2B, 3B
3.0
3.0
1B, 2B, 3B
4.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
El profesor categorizará los fenómenos físicos que intervienen en dinámica del vehículo, para generar una línea
de tiempo de los sistemas de control.
El profesor asociará la estructura las teorías de control de lazo abierto y cerrado.
El alumno realizará un mapa conceptual de la respuesta escalón unitario, apoyándose de las tecnologías de la
información.
El alumno analizará la estabilidad de un modelo tipo de dinámica del vehículo, con una simulación
computacional del mismo.
El alumno realizará la práctica 1.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 50%
Mapa conceptual 10%
Participación en clase 10%
Reporte de las prácticas 1, 30%.
Esta unidad se evalúa junto con la unidad II.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
Sistemas de Control de Modelos
Automotrices
CLAVE:
N° UNIDAD: II
HOJA:
DE
5
12
NOMBRE: Regulación de sistemas de frenado,
tracción, sistemas anti-bloqueo (ABS).
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
Modelar la regulación del sistema de frenado anti-bloqueo, con las características esenciales y la respuesta
de la pareja ordenada de los bloques de control, para la obtención de la dinámica de un sistema de regulación
de frenado con tracción y anti-bloqueo.
No.
TEMA
TEMA
T
1.5
2.1.
Introducción a la regulación.
2.2.
Respuesta a la pareja ordenada de entradas-salidas de
los bloqueos del sistema de regulación.
1.5
2.3
Características de funcionamiento del sistema de
regulación.
3.0
2.4
HORAS
P
3.0
EC
5.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2B, 3B
1B, 2B, 3B
3.0
1B, 2B, 3B
Simulación.
Subtotal
6.0
6.0
5.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
El profesor explicará el uso de la regulación a través de la modernización de los sistemas de control.
y ejemplificará la respuesta a la pareja ordenada de entradas y salidas, definiendo las características
más importantes de los bloqueos de los sistemas de regulación.
El alumno modelará matemáticamente el sistema de regulación con las características esenciales.
Y realizará las prácticas 2 y 3.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 50%
Modelado matemático10%
Participación en clase 10%
Reporte de las prácticas 2 y 3, 30%.
Esta unidad se evalúa junto con la unidad I.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
N° UNIDAD: III
Sistemas de Control de Modelos
Automotrices
CLAVE:
HOJA:
DE
6
12
NOMBRE: Regulación de la Tracción, sistemas anti-deslizamiento (ASR).
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
Modelar el sistema de regulación anti-deslizamiento, acorde a las características esenciales y la respuesta de
los bloques del sistema, para la obtención de la dinámica del mismo.
No.
TEMA
TEMA
T
HORAS
P
EC
3.0
6.0
3.0
6.0
3.1
Respuesta a la pareja ordenada de entradas-salidas de los
bloques del sistema de regulación
1.5
3.2
Características de funcionamiento del sistema de regulación.
3.0
3.3
Simulación
3.0
Subtotal
7.5
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2B, 3B
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
El profesor deducirá la respuesta de la pareja ordenada de entrada salida, apoyado del pizarrón para
presentar el desarrollo y evaluación de diversos bloques de sistemas de regulación.
El alumno con la supervisión del profesor modelará matemáticamente el sistema de regulación antideslizamiento con las características esenciales y lo simulará computacionalmente.
El alumno desarrollará la práctica 4.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 50%
Modelado matemático 10%.
Simulación computacional 10%
Reporte de práctica 4, 30%.
Esta unidad se evalúa junto con la unidad IV.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
N° UNIDAD:
Sistemas de Control de Módulos
Automotrices
IV
CLAVE:
HOJA:
DE
7
12
NOMBRE: Control del sistema de suspensión piloteada.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
Establecer el comportamiento de control del sistema de suspensión piloteada, a partir de diferentes
esquemas, tipos de control y mediante programas de simulación, para la adecuación de los mismos.
No.
TEMA
TEMA
4.1
Introducción.
T
1.5
4.2
Diferentes esquemas de control.
1.5
4.3
Control proporcional.
3.0
4.4
Control integral.
3.0
4.5
Control derivativo.
1.5
4.6
Control PID.
4.7
Simulación.
HORAS
P
EC
5.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2B, 3B
6.0
1.5
Subtotal
12.0
6.0
5.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
El profesor explicará el comportamiento de control del sistema de suspensión piloteada y su sintonización.
Ejemplificará con ejercicios de control proporcional, integral y derivativo de una suspensión piloteada.
El alumno simulará el control automático de una suspensión piloteada, donde establezca el comportamiento
de cada acción de control.
El alumno desarrollará prácticas 5.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 50%
Modelado matemático 10%.
Simulación computacional 10%
Reporte de práctica 5, 30%.
Esta unidad se evalúa junto con la unidad III.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
N° UNIDAD:
Sistemas de Control de Módulos
Automotrices
V
CLAVE:
HOJA:
DE
8
12
NOMBRE: Control del Sistema de suspensión semi-activa.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
Establecer el comportamiento de control del sistema de suspensión semi-activa, a partir de diferentes
esquemas, tipos de control y mediante programas de simulación, para la adecuación de los mismos.
No.
TEMA
5.1 Introducción
TEMA
T
1.5
5.2
Diferentes esquemas de control.
1.5
5.3
Control proporcional.
3.0
5.4
Control integral.
HORAS
P
EC
6.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2B, 3B
6.0
3.0
5.5
Control Derivativo.
5.6
Control PID
5.7
Simulación
3.0
Subtotal
12.0
6.0
6.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
El profesor explicará el comportamiento de control del sistema de suspensión semi-activa y su sintonización.
Ejemplificará con ejercicios de control proporcional, integral y derivativo de una suspensión semi-activa.
El alumno simulará el control automático de una suspensión semi-activa, donde establezca el
comportamiento de cada acción de control.
El alumno desarrollará prácticas 6.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 50%
Modelado matemático 10%.
Simulación computacional 10%
Reporte de práctica 5, 30%.
Esta unidad se evalúa junto con la unidad VI.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
N° UNIDAD:
Sistemas de Control de Modelos
Automotrices
VI
CLAVE:
HOJA:
DE
9
12
NOMBRE: Control del Sistema de Suspensión activa.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
Establecer el comportamiento de control del sistema de suspensión activa, a partir de diferentes esquemas,
tipos de control y mediante programas de simulación, para la adecuación de los mismos.
No.
TEMA
6.1 Introducción
TEMA
T
1.5
6.2
Diferentes esquemas de Control.
1.5
6.3
Control Proporcional.
3.0
6.4
Control Integral.
3.0
6.5
Control Derivativo.
6.6
Control PID.
6.7
Simulación.
Subtotal
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
9.0
HORAS
P
3.0
EC
6.0
3.0
6.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2B, 3B
El profesor explicará el comportamiento de control del sistema de suspensión activa y su sintonización.
Ejemplificará con ejercicios de control proporcional, integral y derivativo de una suspensión activa.
El alumno simulará el control automático de una suspensión activa, donde establezca el comportamiento de
cada acción de control.
El alumno desarrollará prácticas 7.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 50%
Modelado matemático 10%.
Simulación computacional 10%
Reporte de práctica 5, 30%.
Esta unidad se evalúa junto con la unidad V.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
Sistemas de Control de Modelos
Automotrices
CLAVE:
HOJA:
10
DE
12
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
PRÁCT.
No.
1.
2.
3.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
UNIDAD
DURACIÓN
Simulación con Matlab y simulink de
diferentes modelos dinámicos de
vehículos.
I
3.0
Simulación con Matlab y Simulink de
los diferentes sistemas de regulación
de frenado, tracción y sistemas anti
bloqueos de vehículos.
II
3.0
II
3.0
III
6.0
VI
6.0
V
3.0
VI
3.0
Simulación con Matlab y Simulink de
los diferentes de regulación tracción y
sistemas de antideslizamiento.
4.
Simulación con Matlab y Simulink del
control de los sistemas suspensión
piloteada.
5.
Simulación con Matlab y Simulink del
control de la suspensión semiactiva.
6.
7.
Simulación con Matlab y Simulink del
control de la suspensión activa.
Simulación con Matlab y Simulink del
control inteligente para asistir al
conductor.
Subtotal
27.0
LUGAR DE REALIZACIÓN
Todas las prácticas se
realizarán
en
el
Laboratorio relacionado,
según
la
Unidad
Académica en que se
imparta.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
Sistemas de Control de Modelos
Automotrices
PERÍODO
UNIDAD
1
I y ll
2
III y IV
3
V y VI
CLAVE:
HOJA:
11
DE
12
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 50%
Mapa conceptual y modelado10%
Participación en clase 10%
Reporte de las prácticas 30%.
Examen departamental 50%
Modelado matemático 10%.
Simulación computacional 10%
Reporte de prácticas, 30%.
Examen departamental 50%
Modelado matemático 10%.
Simulación computacional 10%
Reporte de prácticas, 30%.
La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría, en el
laboratorio y; participaciones, tareas, trabajos, y actividades extra clase.
Siempre y cuando, la teoría y el laboratorio sean aprobatorios.
CLAVE
1
2
B
C
X
BIBLIOGRAFÍA
D’azzo, J.J., Houpins, C.H., Feedback Control System Analysis and
Synthesis, 824 págs, Ed. Mc Graw Hil , 1966 Second Editión; Japón, ISBN:
970-12-0654-X.
X
Eronini Umez-Eronini; Dinámica de Sistemas y Control; 993 págs, Ed.
Thomas Learning, 2001, Primera Edición; México, ISBN: 958-12-0674-7.
3
X
Harrison, Howard L. y Bolinger, John G., Controles Automáticos, 785 págs,
Editorial, Trillas; 1985 México, ISBN: 998-32-0694-3
4
X
Kuo, Benjamin C.; Sistemas Automáticos de Control; 897 págs, Ed.
Prentice Hall, 1996, Séptima Edición; México, ISBN: 964-11-0574-9.
5
X
Ogata, Katsuhiko; Ingeniería de Control Moderna; 965 págs, Ed. Prentice
Hall, 2002, Cuarta Edición; México, ISBN: 980-22-50614.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA:
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
CARRERA:
Ingeniería en Sistemas Automotrices
ÁREA:
Básicas
ACADEMIA:
C. Ingeniería
SEMESTRE:
D. Ingeniería
C. Soc. y Hum.
ASIGNATURA:
Sistemas Automotrices
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:
Octavo
Sistemas de Control de Modelos Automotrices
Licenciatura en Ingeniería en Electrónica, Ingeniería en
Control y Automatización, Ingeniería en Sistemas
Automotrices
2. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA:
Evaluar el desempeño de sistemas de control en modelos automotrices, mediante los conceptos de
control inteligente, respecto a: la dinámica del vehículo, regulación de sistemas de frenado, tracción ABS y
ASR, y suspensión, para la respuesta dinámica de cada sistema.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
HABILIDADES
Interfases. Control y
Automatización de
Procesos.
Microcontroladores.
Microprocesadores.
Manejo de lenguaje
ensamblador.
Programación de PLC’s.
3 años en la docencia o Facilidad de comunicación
experiencia en dar cursos. Manejo de grupo
Paquetería, programación
y diseño computacional.
Desarrollo de interfases.
Manejo de los nuevos
Proyectos de electrónica
modelos educativos y de
las TIC
.
Desarrollo de proyectos
usando
microcontroladores,
Microprocesadores
y
PLC’s.
ELABORÓ
________________________________
Ing. Domitilo Libreros
PROFESOR COLABORADOR
Motivar al autoestudio, al
razonamiento y la
investigación.
ACTITUDES
Compromiso social.
Responsabilidad.
Ética.
Superación docente y
profesional.
Cooperativa
Investigación
Realizar analogías y
comparaciones en forma
simple.
REVISÓ
___________________________________
Ing. Guillermo Santillán Guevara
SUB DIRECTOR ACADEMICO
AUTORIZÓ
M. en C. Jesús Reyes García
DIRECTOR DE LA UNIDAD
FECHA: Agosto 2010