INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: ASIGNATURA: Ingeniería en Control y Automatización Modelado de Sistemas SEMESTRE: Cuarto OBJETIVO GENERAL: El alumno empleará los conceptos básicos del modelado en la formulación y simulación de los modelos matemáticos para evaluar el comportamiento dinámico de los sistemas de control. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Conceptos Básicos II. Herramientas Computacionales para la Solución del Modelo Matemático III. Modelado y Dinámica de Sistemas Físicos Lineales IV. Modelado y Dinámica de Sistemas Físicos no Lineales V. Identificación y Sensibilidad de Sistemas METODOLOGÍA: Se utilizará diversas técnicas de aprendizaje (elaborativas, exploratoria y regulativas) para promover la participación activa de los estudiantes en la búsqueda, de que actúen con pensamiento crítico y reflexivo. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Se evaluará con tres exámenes departamentales, Primer examen unidades: I y II, Segundo: examen unidad III, Tercer examen: unidades IV y V. La calificación de la teoría será el promedio de los tres exámenes departamentales con un peso de 50%, cada alumno elaborará y entregará un reporte por práctica de laboratorio efectuada y el promedio de las calificaciones obtenidas tendrá un peso del 50%. La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría y en el laboratorio. Siempre y cuando, ambas sean aprobatorias. BIBLIOGRAFÍA: G:H: Hostetter, C:J: Savant y R:T: Stefant. Sistemas de Control; nueva editorial latinoamericana Howard L. Harrison y John G. Bollinger. Controles Automáticos; Editorial, Trillas. Benjamin C. Kuo. Sistemas Automáticos de Control; Compañía Editorial Continental, S.A. de C.V. Eronii Umez-Eronini, “Dinámica de Sistemas y Control”; Ed. Thomas Learning. Katsuhiko Ogata; “Ingeniería de Control Moderna”, Ed. Prentice Hall. Katsuhiko Ogata “Dinámica de Sistemas”; Ed. Prentice Hall. Katsuhiko Ogata; “Problemas de Ingeniería de Control Utilizando Matlab un Enfoque Práctico”; Ed. Prentice Hall. Smith y Corripio; “Control Automático de Procesos Teoría y Práctica”; Ed. Limusa. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización OPCIÓN: COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en Control y Automatización ASIGNATURA: Modelado de Sistemas SEMESTRE: 4° CLAVE: CRÉDITOS: 9 VIGENTE: Agosto 2004 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica MODALIDAD: Escolarizada TIEMPOS ASIGNADOS HRS./SEMANA / TEORÍA: 3 HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 3 HRS./TOTALES / SEMANA: 6 HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54 HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 54 HRS./TOTALES: 108 PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO: POR: Academia de Control y Automatización REVISADO POR: Subdirección Académica. APROBADO Por: Consejo Técnico Consultivo Escolar de la ESIME Zacatenco Dr. Alberto Cornejo Lizarralde 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: Modelado de Sistemas CLAVE: HOJA: 2 DE 9 FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA En la formación del ingeniero en control y automatización, es necesario el dominio de los sistemas de control, por esta razón el estudio de los modelos matemáticos obtenidos de los sistemas físicos tanto eléctricos, mecánicos, hidráulicos, neumáticos y térmicos son de gran importancia. Este curso es introductorio a la teoría del control, ya que se plantean las bases metodológicas para el análisis de los sistemas de control, es decir, el modelado y la simulación de sistemas. Las asignaturas antecedentes son: Ecuaciones Diferenciales. Teoría de los Circuitos I, Fundamentos de Programación, Métodos Numéricos, Electricidad y Magnetismo, Física Clásica, Química Clásica y Mecánica. Las asignaturas consecuentes son: Teoría del Control I, Máquinas Eléctricas I, Electrónica II Las asignaturas colaterales son: Teoría de los Circuitos II, Electrónica I OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno empleará los conceptos básicos del modelado en la formulación y simulación de los modelos matemáticos para evaluar el comportamiento dinámico de los sistemas de control. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: No. UNIDAD: Modelado de Sistemas I NOMBRE: CLAVE: HOJA: 3 DE: 9 Conceptos Básicos. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno utilizará tanto la terminología que involucra el modelado de los sistemas físicos, como su relación con los sistemas de control. No. TEMA HORAS TEMAS T 1.5 P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1.1 Introducción. 1.2 Definición de términos (Sistema, Control, Modelado, Simulación, Tiempo Real, Emulador, Función de Transferencia, etc.) 1.5 4B, 5C 1.3 1.3.1 Clasificación de Sistemas. Parámetros distribuidos, Parámetros concentrados. Deterministicos, Estocásticos. Tiempo continuo, Tiempo discreto. Lineales, No lineales. Variantes en el tiempo, Invariantes en el tiempo. Homogéneo, No homogéneo. 1.5 4B, 5C, 3C Diferentes Representaciones de los Modelos Matemáticos SISO y MIMO. Representación en ecuaciones diferenciales. Representación en variables de estado. Representación en diagramas de simulación analógica. Representación en función de transferencia. Representación en diagramas a bloques. Representación en diagramas de flujo de señal. 4.0 4B, 5C, 3C 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 1.4.6 4B, 5C ESTRATEGIA DIDÁCTICA Investigación por parte del alumno de sistemas reales en los cuales pueda aplicar los temas vistos. Solución de ejercicios y de aplicación práctica con el uso de la computadora. Visitas técnicas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Realización del un examen escrito de los temas de la unidad. La calificación se complementará con las investigaciones realizadas y la participación en la solución de ejercicios en el salón de clase INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: No. UNIDAD: Modelado de Sistemas II NOMBRE: CLAVE: HOJA: 4 DE: 9 Herramientas computacionales para la solución del modelo matemático OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Aplicación del alumno de las herramientas computacionales necesarias para la solución de los modelos matemáticos de sistemas. No. TEMA 2.1 HORAS TEMAS T 1.5 P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 2.1.1 2.1.2 Lenguajes de Programación Aplicados a la Solución del Modelo. C/C++, Matlab, etc. Análisis comparativo (ventajas y desventajas) 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 Introducción a Matlab. Solución de ecuaciones diferenciales Solución del modelo de estado. Solución de funciones de transferencia. Obtención de representaciones equivalentes. 4.0 7.5 7B, 5C 2.3 2.3.1 2.3.2 Introducción a Simulink. Solución de diagramas de simulación. Solución de diagramas de bloques. 3.0 4.5 7B, 5C 7B, 5C ESTRATEGIA DIDÁCTICA Exposición de los temas por el profesor con el auxilio de la computadora digital. Solución de ejercicios de aplicación práctica con el uso de la computadora. Solución de tareas por parte de los alumnos en el salón de clase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Primer examen departamental, reporte de las prácticas y participación activa del alumno en la solución de ejercicios. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: No. UNIDAD: Modelado de Sistemas III NOMBRE: CLAVE: HOJA: 5 DE: 9 Modelado y dinámica de sistemas físicos lineales OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Modelación por el alumno de sistemas físicos lineales, mediante la aplicación de las leyes físicas, y analizará la respuesta temporal de estos sistemas, como un medio de validación del modelo. No. TEMA 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5 3.5.1 3.5.2 HORAS TEMAS Modelado de Sistemas Eléctricos. Representación en ecuación diferencial, transformada de Laplace, diagrama a bloques, variables de estado. Solución del modelo mediante métodos numéricos, usando entradas de prueba típicas. Modelado de Sistemas Mecánicos. Representación en ecuación diferencial, transformada de Laplace, diagrama a bloques, variables de estado. Solución del modelo mediante métodos numéricos, usando entradas de prueba típicas. Modelado de Sistemas Electromecánicos. Representación en ecuación diferencial, transformada de Laplace, diagrama a bloques, variables de estado. Solución del modelo mediante métodos numéricos, usando entradas de prueba típicas. Modelado de Sistemas Químicos. Representación en ecuación diferencial, transformada de Laplace, diagrama a bloques, variables de estado. Solución del modelo mediante métodos numéricos, usando entradas de prueba típicas. Sistemas Análogos Analogías entre elementos. Analogías entre sistemas (eléctrico-mecánico longitudinal, eléctrico-mecánico rotacional, eléctrico-sistemas químicos, etc) T 4.0 P 3.5 4.0 3.5 1C, 2B, 3C, 4B, 5C, 6B 4.0 3.5 1C, 2B, 3C, 4B, 5C, 6B 4.0 3.5 1C, 2B, 3C, 4B, 5C, 6B, 8C 2.0 EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1C, 2B, 3C, 4B, 5C, 6B 1C, 2B, 3C, 4B, 5C, 6B, 8C ESTRATEGIA DIDÁCTICA Elaboración de estrategias acordes con los propios estilos cognitivos que consideren el posible uso de diversas técnicas de estudio y materiales didácticos. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Realización del segundo examen departamental. La calificación del reporte de las prácticas que abarca la unidad y la participación del alumno en la solución de ejercicios en el salón de clase será la calificación de este modulo. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: No. UNIDAD: Modelado de Sistemas IV NOMBRE: CLAVE: HOJA: 6 DE: 9 Modelado y dinámica de sistemas físicos no lineales OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Modelación por el alumno de los sistemas físicos no lineales mediante diferentes métodos matemáticos y analizará la respuesta temporal de estos sistemas como un medio de validación del modelo No. TEMA P Modelado de Sistemas Electromecánicos. Representación en ecuación diferencial, transformada de Laplace, diagrama a bloques, variables de estado. Solución del modelo mediante métodos numéricos, usando entradas de prueba típicas. 4.0 3.0 4B Modelado de Sistemas Químicos. Representación en ecuacion diferencial, transformada de Laplace, diagrama a bloques, variables de estado. Solución del modelo mediante métodos numéricos, usando entradas de prueba típicas.. 4.0 3.0 8C Linealización de Funciones. Univariables. Multivariables. 4.2 4.2.1 4.3 4.3.1 4.3.2 EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA T 2.0 4.1 4.1.1 4.1.2 4.2.2 HORAS TEMAS 2B, 8C ESTRATEGIA DIDÁCTICA Interacción con el profesor y atender sus indicaciones: tareas, exposición, orientación, ayudas. Realización de simulaciones con el uso de la computadora. Interacción práctica-teórica con el objeto de desarrollar la observación y el análisis. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Examen del período, reporte de prácticas de laboratorio y participación individual y grupal por parte de los alumnos. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: No. UNIDAD: Modelado de Sistemas V NOMBRE: CLAVE: HOJA: 7 DE: 9 Identificación y sensibilidad de sistemas OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Identificación por el alumno del modelo a partir de su respuesta temporal, análisis de la sensibilidad del modelo ante la variación de sus parámetros y evaluación de la sensibilidad del sistema ante la variación de los parámetros y perturbaciones no deseadas. No. TEMA HORAS TEMAS T 1.5 P Identificación de sistemas de primer orden, a partir de las características de la respuesta temporal. 1.5 6.0 8C 5.3 Identificación de sistemas de segundo orden, a partir de las características de la respuesta temporal. 1.5 6.0 8C 5.4 La función de sensibilidad. 1.5 5.5 Estudio de la sensibilidad parametrica. 1.5 5.6 Estudio de la retroalimentación. 5.1 Introducción a la identificación de sistemas. 5.2 sensibilidad de la 1.5 EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 8C 4B 6.0 4B 4B ESTRATEGIA DIDÁCTICA Elaboración y verificación de hipótesis y aplicación estrategias de ensayo error en la resolución de los problemas. Interacción práctica-teórica. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Realización del tercer examen departamental, la calificación del reporte de las prácticas y la participación del alumno en la solución de ejercicios será la calificación de las unidades IV y V. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: Modelado de Sistemas CLAVE: HOJA: 8 DE: 9 RELACIÓN DE PRACTICAS Práctica No. 1 NOMBRE DE LA PRACTICA Introducción a programación Matlab y lenguajes II DURACIÓN [Horas] 6.0 UNIDAD de 2 Solución de modelos aplicando Matlab. II 6.0 3 Análisis y validación del modelado sistemas eléctricos. III 6.0 4 Análisis y validación del modelado sistemas mecánicos. III 6.0 5 Análisis y validación del sistemas electromecánicos. modelado de III y IV 6.0 6 Análisis y validación sistemas químicos. modelado de III y IV 6.0 V 6.0 del 7 Identificación de modelos a partir de la respuesta de sistemas de primer orden. 8 Identificación de modelos a partir de la respuesta de sistemas de segundo orden. V 6.0 9 Análisis de la sensibilidad de los sistemas. V 6.0 LUGAR DE REALIZACIÓN Todas las prácticas se realizarán en el laboratorio de Teoría de Control INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: Modelado de Sistemas CLAVE: HOJA: 9 DE: 9 PERIODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 1º I y II Evaluación con tres exámenes departamentales y la participación del alumno en clase lo cual tendrá un peso del 50%. 2º III Cada alumno elaborará y entregará un reporte técnico por práctica de laboratorio efectuada, y el promedio de las calificaciones obtenidas tendrá un peso del 50%. 3º IV y V La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría y en el laboratorio. Siempre y cuando, ambas sean aprobatorias. CLAVE B 1 2 X 3 X C BIBLIOGRAFÍA X G. H. Hostetter, C. J. Savant y R. T. Stefani; “Sistemas de Control”; Nueva Editoril Latinoamericana. Howard L. Harrison y John G. Bollinger; “Controles Automáticos”; Ed. Trillas. Benjamin C. Kuo; “Sistemas Automáticos de Control”; Compañía Editorial Continental, S. A. de C. V. Eronini Umez-Eronini; “Dinámica de Sistemas y Control”; Ed. Thomas Learning. Katsuhiko Ogata; “Ingenieria de Control Moderna”; Ed. Prentice Hall. Katsuhiko Ogata; “Dinámica de Sistemas”; Ed. Prentice Hall. Katsuhiko Ogata; “Problemas de Ingeniería. de Control Utilizando Matlab Un Enfoque Práctico”; Ed. Prentice Hall. Smith y Corripio; “Control Automático de Procesos Teoria y Práctica”; Ed. Limusa. X 4 5 X 6 7 8 X X INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA ACADEMIA: D. INGENIERÍA Control y Automatización ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: SEMESTRE 4° C. SOC. y HUM. ASIGNATURA: Modelado de Sistemas Ingeniero en control, preferentemente con Posgrado en área afín con la carrera. 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno empleará los conceptos básicos del modelado en la formulación y simulación de los modelos matemáticos para evaluar el comportamiento dinámico de los sistemas de control. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS • Modelación matemática por medio de ecuaciones diferenciales • Función de transferencia • Álgebra de bloques • Analogía entre sistema. • Estabilidad de sistema • Respuesta a la frecuencia. • Lugar de las raíces EXPERIENCIA PROFESIONAL • En la selección, aplicación, operación y diseño de sistemas de control aplicados a las industrias: petroquímica, alimenticia, manufacturera y química. ELABORÓ M en C. Fco. J. Villanueva Magaña PRESIDENTE DE ACADEMIA HABILIDADES • Comunicación • Establecimiento de climas favorables al aprendizaje. • Transferencia del conocimiento teórico a la solución de problemas. • Análisis y síntesis. • Para motivar al auto estudio, el razonamiento y la investigación. • Manejo de grupos. • Realizar analogías y comparaciones en forma simple. ACTITUDES • • • • • • • • • • • REVISÓ Ing. Guillermo Santillán Guevara SUBDIRECTOR ACADÉMICO Critica fundamentada Respeto Tolerancia Compromiso con la docencia. Ética Responsabilidad Científica Colaboración Superación docente y profesional. Cooperativa Liderazgo. AUTORIZÓ Dr. Alberto Cornejo Lizarralde DIRECTOR DEL PLANTEL FECHA: Marzo-2004
