Programa - Escuela de Ingeniería Electrónica

Programa del curso EL-5408
Control Automático
Escuela de Ingeniería Electrónica
Carrera/programa Licenciatura en Ing. Electrónica y Licenciatura en Ing. Mecatrónica.
[Última revisión de la plantilla: 12 diciembre de 2013]
I parte: Aspectos relativos al plan de estudios
1 Datos generales
Nombre del curso:
Control Automático
Código:
EL-5408
Tipo de curso:
Teórico
Electivo o no:
No
Nº de créditos:
4
Nº horas de clase por semana:
4
Nº horas extraclase por semana:
8
% de las áreas curriculares:
ES 31; ED 31
Ubicación en el plan de estudios:
Curso de IX semestre de Ing. en Electrónica e Ing. en
Mecatrónica
Requisitos:
EL-4409 Análisis de Sistemas Lineales o
MT-7001 Análisis y Simulación de Sistemas
Correquisitos:
No tiene
El curso es requisito de:
EL-5616 Proyecto de Graduación
MT-9003 Proyecto Final de Graduación
Asistencia:
Obligatoria
Suficiencia:
Si
Posibilidad de reconocimiento:
Si
Vigencia del programa:
I semestre 2015
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2 Descripción
general
La electrónica ha revolucionado la vida moderna; actualmente en todos los campos se
emplea electrónica para facilitar el uso y controlar las funciones de todo tipo de equipos
desde: aviones, automóviles, procesos industriales, máquinas para la producción de
bienes, electrodomésticos, computadoras juguetes y equipos de entretenimiento. Todos
éstos usan de una u otra forma control electrónico para ajustar, regular y controlar
automáticamente las diferentes variables de operación de tales equipos. Entre los
ejemplos clásicos tenemos controles de: enfoque, guía, temperatura, presión, humedad,
velocidad, posición, frecuencia, fase, tinte, color, amplitud de señal, y la lista
interminable sigue.
Es por ello que el ingeniero en electrónica debe tener conocimientos sólidos en el área
del control automático para que pueda comprender el funcionamiento, mantener y
diseñar tales sistemas de control automático.
Este curso es una introducción al control de sistemas lineales usando realimentación.
El enfoque es presentar los diferentes métodos de control en tiempo continuo y en
tiempo discreto de manera entrelazada. Para ello, en la primera parte se introduce la
representación y análisis de sistemas en tiempo discreto. En la segunda parte se estudian
métodos de control de sistemas por ubicación de polos, primero en el dominio del
tiempo, usando realimentación de estado y observadores y luego por el método clásico
basado en el lugar de las raíces. En la tercera parte del curso se estudian reguladores con
formas particulares: PID, PID_DoF, filtro de muesca, Predictor de Smith, y reguladores
de cancelación, para finalizar con métodos de control clásico de sistemas basados en
gráficas de respuesta de frecuencia. Se sientan además las bases del uso de la
computadora, para la simulación del comportamiento y el diseño de los sistemas de
control automático, usando los programas LabView® y Matlab®.
3 Objetivos
generales
Al finalizar el curso el estudiante estará en capacidad de sintetizar reguladores y
compensadores, en tiempo continuo y discreto, para sistemas de control con uno o
varios lazos; de tal forma que éstos cumplan con exigencias dinámicas y estáticas.
Objetivos específicos
Al finalizar el curso, el estudiante será capaz de:
• Analizar sistemas en tiempo discreto para el diseño de reguladores y compensadores.
• Explicar los conceptos y técnicas para el diseño de reguladores usando: realimentación
de estado y observadores; el método del lugar de las raíces; métodos directos
(respuesta de primer orden, Predictor de Smith y respuesta dead-beat) y gráficas de
respuesta de frecuencia.
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• Usar herramientas computacionales para la simulación y el diseño de compensadores y
reguladores.
• Diseñar compensadores y reguladores utilizando los diferentes métodos.
• Implementar reguladores y compensadores usando electrónica analógica
(amplificadores
operacionales)
y electrónica digital
(computadores
y
microcontroladores).
4 Contenidos
4.1 Introducción al control automático
4.1.1 Restricciones y libertades para el desarrollo del regulador
4.1.2 Influencia de las perturbaciones y el ruido
4.1.3 Vista general de los procedimientos de diseño.
0.5
4.2 Introducción a los sistemas en tiempo discreto
4.2.1 Representación en el dominio del tiempo discreto y de la frecuencia compleja
4.2.2 Estabilidad de los sistemas en tiempo discreto
4.2.3 Error de estado estacionario de los sistemas en tiempo discreto
4.2.4 Realización de controladores y filtros discretos
3.0
4.3 Introducción al control por realimentación de estado
4.3.1 Relación entre el comportamiento en el tiempo y la ubicación de los polos
4.3.2 Controlabilidad y observabilidad
4.3.3 Realimentación de estado
4.3.4 Observadores de estado
4.3.5 Filtro de Kalman
2.5
4.4 Diseño de reguladores a partir de la gráfica de polos y ceros de lazo cerrado
4.4.1 Estrategia y algoritmo para el diseño en el lugar de las raíces
4.4.2 Compensadores de atraso, adelanto, adelanto-atraso y filtros de muesca
3.0
4.5 Implementación electrónica de los compensadores y reguladores
4.5.1 De forma analógica
4.5.2 De forma digital
1.0
4.6 Reguladores y compensadores especiales
4.6.1 Reguladores PID, PID_DoF, dead beat y de respuesta de primer orden
4.6.2 Regulador IMC, Predictor de Smith
2.5
4.7 Diseño de reguladores a partir de la respuesta de frecuencia de lazo abierto
4.7.1 Compensadores de adelanto en respuesta de frecuencia
4.7.2 Compensadores de atraso en respuesta de frecuencia
3.0
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II parte: Aspectos operativos
5 Metodología
de enseñanza y
aprendizaje
Durante las clases se tienen al menos dos tipos de actividades: Clases magistrales a
cargo del profesor y sesiones de solución de problemas en grupos heterogéneos a cargo
de los estudiantes. Fuera de clase el estudiante trabajará de forma individual repasando
la materia, haciendo lecturas, realizando ejercicios y simulaciones y resolviendo
problemas; también trabajará en grupos homogéneos realizando tareas de forma
cooperativa. Para la mayoría de actividades debe contar con los libros recomendados
de texto; para las consultas a los medios disponibles en línea debe contar con
computador con acceso a Internet; y para las actividades de simulación y diseño con
herramientas computacionales debe tener acceso a una computadora con Matlab, ya
sea en su casa o en las instalaciones del TEC.
6 Evaluación
La evaluación se realizará a través de tareas, pruebas cortas (quices) y dos pruebas
escritas, una a la mitad del semestre y la otra al final cuyas fechas se muestran
adelante. Las fechas de entrega de las tareas y los temas de éstas, que podrán incluir:
investigación, solución de problemas, desarrollo e implementación de algoritmos y
simulaciones; serán anunciadas con suficiente antelación durante las clases y a través
de TecDigital. Las pruebas cortas (quices) serán anunciadas durante la clase para ser
realizadas de forma inmediata y evaluarán contenidos vistos en clase al menos con
una semana de anterioridad.
Tareas (al menos tres)
Quices (al menos tres)
Pruebas escritas (en el aula F5-09)
Primera : jueves 16 de abril 2015, 13:00-14:50
Segunda: jueves 4 de junio 2015, 13:00-14:50
7 Bibliografía
30%
10%
30%
30%
Obligatoria
Dorf, Richard, Bishop Robert. „Sistemas de control moderno“, 10ª Ed., Prentice
Hall, 2005, España.
Ogata, Katsuhiko. „Sistemas de Control en tiempo discreto“, Prentice Hall, 1996, 2ª
Ed., México.
Complementaria
Ogata, Katsuhiko. „Ingeniería de Control Moderna“, Pearson, Prentice Hall, 2003,
4ª Ed., Madrid.
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Kuo, Benjamin C.. „Sistemas de Control Automático“, Ed. 7, Prentice Hall, 1996,
México.
Braslavsky, Julio. „Un primer curso de control automático“, en línea:
http://www.csd.newcastle.edu.au/SpanishPages/index.html
8 Profesor
Eduardo Interiano Salguero, Ing. Dipl. en Electrotecnia con especialidad en Control
y Regulación de la Universidad Técnica Hamburg-Harburg (TUHH), Alemania,
posee además un Bachillerato y Licenciatura en Ing. Electrónica del ITCR. Inició
labores en el ITCR en 1986 y ha impartido cursos de Electrónica, Sistemas Digitales,
Redes de Computadoras y Control Automático.
Consulta: K y J de 15:00 a 17:00. Of. F2-41.
Teléfono: 2550-9238
Email: [email protected]
Página del curso: www.ie.tec.ac.cr/einteriano/control
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