INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA:
Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica.
ASIGNATURA: Control Analógico: Servomecanismos.
SEMESTRE:
Octavo
OBJETIVO GENERAL:
El alumno diseñará y calculará un Servo-Sistema de uso en la industria sus parámetros, elementos y mandos, con
señales analógicas.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I.- Configuraciones de Amplificadores Operacionales.
II.- Características de las Máquinas Eléctricas.
III.- Cálculo de los elementos que caracterizan el desempeño de Servomotores.
IV.- Técnicas de Estabilización.
V.- Análisis y cálculo de componentes de un Servo Sistema.
VI.- Diseño de un Servo Sistema.
METODOLOGÍA:
Búsqueda bibliográfica para la, clasificación, ordenamiento y exposición de los temas seleccionados para el curso.
Participación de los alumnos en equipos de trabajo, para discusión y obtención de conclusiones. Realización de
problemas que facilitaran el cálculo de parámetros y elementos además se efectuarán simulaciones mediante
herramientas computacionales por parte de los alumnos, bajo la supervisión del profesor. Relación de la teoría
con casos prácticos experimentando con dispositivos físicos que concluirá en un proyecto final.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
60% Exámenes departamentales.
30% Prácticas de laboratorio.
10% Participación en el aula, tareas y trabajos extraclase.
BIBLIOGRAFÍA.
D'Azzo J., Houpis H. C, Linear Control System Analysis and Design With Matlab. Marcel Dekker; 5th edition, 832
págs, ISBN: 0824740386
Feedback Instrument Limited. Modular Servo Type MS150. 50págs.
Maas J., Industrial Electronics, Prentice Hall, USA 1995, 962 págs.ISBN: 0-02-373023-4
Ogata K., Modern Control Engineering. Pearson. USA 2004, Fourth edition, 965 pages. ISBN: 0-13-060907-2
Unidades Didácticas. Regulación de Velocidad en Maquinas de C.C.. Primera Edición. 1998. 305 paginas.
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ESCUELA: ESIME Unidades Culhuacan y Zacatenco.
CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica.
OPCIÓN: Control
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en
Comunicaciones y Electrónica.
ASIGNATURA: Control Analógico: Servomecanismos.
SEMESTRE: Octavo.
CLAVE:
CRÉDITOS: 7.5
VIGENTE: 2006.
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico/Práctica. (Optativa)
MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS/SEMANA/TEORÍA:
HRS/SEMANA/PRÁCTICA:
3.0
1.5
HRS/SEMESTRE/TEORÍA:
HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA:
54.0
27.0
HRS/TOTALES:
81.0
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
E.S.I.M.E. Culhuacan
M. en C. Jesús Reyes García
E.S.I.M.E. Zacatenco
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas
de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN.
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ASIGNATURA: Control Analógico: Servomecanismos.
CLAVE:
HOJA: 3 DE 11
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA
En la actualidad la aplicación de sistemas que puedan tener la capacidad de poder posicionar una herramienta para
aplicaciones de cirugía o simplemente para el grabado de un dibujo sobre una superficie, así como la necesidad de
mantener la velocidad constante en una banda transportadora para el embalaje de piezas de porcelana, lo cual hace
evidente la importancia que tiene la aplicación de los Servomecanismos.
Es así como esta asignatura contribuye a formar especialistas en el campo del control que entre sus aplicaciones
existe una gran variedad de sistemas cuya señal de entrada sea de tipo eléctrico y la señal de salida sea de tipo
mecánica de velocidad, posición, velocidad angular, etc.
Tal multiplicidad de necesidades hace necesario que estudiantes de ingeniería calculen, diseñen, adapten,
modifiquen, instalen, y den mantenimiento apropiado a todo componente y/o dispositivo integrante de un Servo
Sistema
Esta asignatura tiene como antecedentes: Fundamentos de Máquinas Eléctricas, Señales y Sistemas de Control
Clásico además de conocimientos básicos de Circuitos lógicos y Circuitos Eléctricos.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno diseñará y calculará un Servo-Sistema de uso en la industria sus parámetros, elementos y mandos, con
señales analógicas.
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ASIGNATURA: Control Analógico: Servomecanismos.
No. UNIDAD I
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 4 DE 11
Configuraciones de Amplificadores Operacionales.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará los principios y leyes que rigen el comportamiento de los amplificadores operacionales, para
hacer arreglos de controladores de Servo sistemas basándose en las distintas configuraciones.
No.
TEMA
1.1
TEMAS
HORAS
T
Introducción a los amplificadores operacionales.
1.2
Propiedades de amplificador operacional real e ideal.
1.3
Determinación de la linealidad del amplificador
operacional.
1.4
Concepto de ganancia en lazo abierto y en lazo
cerrado.
Configuraciones del amplificador operacional.
Amplificador inversor.
Amplificador sumador.
Amplificador de ganancia variable.
Amplificador diferenciador.
Amplificador integrador.
Control proporcional más integral.
Control proporcional más derivativo.
Configuraciones especiales.
1.5
1.5.1
1.5.2
1.5.3
1.5.4
1.5.5
1.5.6
1.5.7
1.5.8
Subtotal de Horas
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
P
EC
1.5
2.0
1.5
2.0
1.5
2.0
1.5
1.5
4.0
4.0
7.5
14.0
3B, 4B.
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
9.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de información en bibliografía recomendada por el profesor, selección de conceptos, realización de
ejercicios y exposición de los temas propuestos en grupo y/o individual bajo la supervisión del profesor, realización
de prácticas y tareas extraclase.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
60% Exámenes departamentales, unidades I y II
30% Prácticas de laboratorio.
10% Participación en el aula, tareas y trabajos extraclase.
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ASIGNATURA: Control Analógico: Servomecanismos.
No. UNIDAD II
CLAVE:
HOJA: 5 DE 11
NOMBRE: Características de Máquinas Eléctricas.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno explicará las principales características de las Máquinas Eléctricas y analizará estos elementos
electromecánicos mediante los modelos matemáticos que los rigen.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
2.1
Motor de Inducción, configuraciones y esquemas de
Control.
3.0
1.5
4.0
2.2
Motor de conmutación, configuraciones y esquemas
de control.
3.0
1.5
4.0
2.3
Generador de conmutación y sus configuraciones.
1.5
3.0
2.4
Características, modelo matemático, análisis y
aplicaciones de la máquina síncrona.
1.5
3.0
2.4.1
2.4.2
1C, 2B, 3B, 4B.
Como motor.
Como generador.
Subtotal de Horas
9.0
3.0
14.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de información en bibliografía recomendada por el profesor, selección de conceptos de máquinas
eléctricas, realización de ejercicios y exposición de los temas propuestos en grupo y/o individual bajo la supervisión
del profesor, realización de prácticas y tareas extraclase.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
60% Exámenes departamentales, unidades I y II.
30% Prácticas de laboratorio.
10% Participación en el aula, tareas y trabajos extraclase.
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ASIGNATURA: Control Analógico: Servomecanismos.
No. UNIDAD III
CLAVE:
HOJA: 6 DE 11
NOMBRE: Cálculo de los elementos que caracterizan el desempeño de los servomotores.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno calculará y probará las consideraciones técnicas de los servomotores para un mejor desempeño.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
3B, 4B, 5C.
Introducción a servomotores.
0.5
Clasificación de servomotores.
Posición.
Velocidad.
Aceleración.
1.0
1.5
4.0
3.3
Coeficientes de error en servomecanismos.
3.0
1.5
6.0
3.4
Análisis de la respuesta en frecuencia de lazo cerrado
de los servomecanismos.
3.0
3.1
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.5
Relación entre frecuencia y respuesta transitoria de
los servomecanismos.
Subtotal de Horas
6.0
1.5
1.5
3.0
9.0
4.5
19.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de información en bibliografía, simulación de circuitos que modelan el comportamiento de los
servomotores en paquetes de cómputo, bajo la supervisión del profesor, realización de prácticas de laboratorio,
tareas y trabajos extraclase.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
60% Exámenes departamentales, unidades III, IV y V.
30% Prácticas de laboratorio.
10% Participación en el aula, tareas y trabajos extraclase.
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ASIGNATURA: Control Analógico: Servomecanismos.
No. UNIDAD IV
CLAVE:
HOJA: 7 DE 11
NOMBRE: Técnicas de Estabilización.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno calculará y seleccionará las diferentes redes de estabilización de fase aplicadas a los servomecanismos.
No.
TEMA
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
HORAS
TEMAS
T
Introducción.
Estabilización de un Servomecanismos.
Retroalimentación por Tacómetro.
Redes de adelanto de fase.
Redes de atraso de fase.
Redes de atraso-adelanto de fase.
Subtotal de Horas
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
P
EC
1.5
1.5
1.5
1.5
3.0
1.5
3.0
3.0
3.0
3.0
4.0
9.0
1.5
16.0
3B, 4B, 5C.
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de información en bibliografía recomendada por el profesor, selección de las redes de estabilización para
los servomecanismos, además de realizar ejercicios y exposición de los temas seleccionados de forma grupal y/o
individual bajo la supervisión del profesor, realizando de prácticas de laboratorio, tareas y trabajos extraclase.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
60% Exámenes departamentales, unidades III, IV y V.
30% Prácticas de laboratorio.
10% Participación en el aula, tareas y trabajos extraclase.
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ASIGNATURA: Control Analógico: Servomecanismos.
UNIDAD V
CLAVE:
HOJA: 8 DE 11
NOMBRE: Análisis y cálculo de componentes de un servo-sistema.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno calculará los diferentes componentes que constituyen un servo-sistema.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
5.1
Introducción.
0.5
5.2
El Servomotor de dos fases.
1.5
3.0
5.3
Características no-Lineales de un servomotor.
1.5
3.0
Servomotores de cd.
Aplicando potenciómetros.
Aplicando tacómetros.
Aplicando síncronos.
1.0
1.0
1.0
1.0
Componentes diversos de los servomotores.
1.5
5.4
5.4.1
5.4.2
5.4.3
5.5
Subtotal de Horas
9.0
1.5
1.5
3B, 4B.
2.0
2.0
2.0
2.0
4.0
3.0
18.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de información en bibliografía recomendada por el profesor, el alumno empleará dicha información para la
selección y realización de un proyecto justificando la selección del servomotor empleado en la integración de un
sistema autónomo. Exposición de los temas seleccionados de forma grupal y/o individual bajo la supervisión del
profesor, realizando de prácticas de laboratorio, tareas y trabajos extraclase.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
60% Exámenes departamentales, unidades III, IV y v.
30% Prácticas de laboratorio.
10% Participación en el aula, tareas y trabajos extraclase.
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ASIGNATURA: Control Analógico: Servomecanismos.
No. UNIDAD VI
CLAVE:
HOJA: 9 DE 11
NOMBRE: Diseño de un Servo-Sistema.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará un servo-sistema aplicado a un proceso industrial de posición, velocidad ó acelaración, como
proyecto final.
No.
TEMA
6.1
6.2
6.3
6.4
TEMAS
HORAS
T
P
EC
7.5
4.0
9.0
8.0
7.5
21.0
0.5
4.0
4.5
Introducción.
Diseño preliminar.
Mejora de diseño.
Proyecto de aplicación.
Subtotal de Horas
9.0
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
3B, 4B.
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de información en bibliografía recomendada por el profesor, que ayude a la realización de los diseños
propuestos. Asesoría en el avance de proyecto mediante la realización de prácticas y exposiciones.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
60% presentación y justificación de los cálculos de un servo sistema y su aplicación.
30% Reporte de mediciones y pruebas del sistema propuesto.
10% Pruebas de funcionamiento del sistema diseñado.
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ASIGNATURA: Control Analógico: Servomecanismos.
CLAVE:
HOJA: 10 DE 11
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
PRACT.
No.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
UNIDAD
DURACIÓN
1
Compensación del
operacional (offset):
amplificador
I
1.5
2
El amplificador operacional como
amplificador inversor y amplificador
sumador.
I
1.5
3
Amplificador
operacional
como
diferenciador y como integrador.
I
1.5
4
Aplicación
del
amplificador
operacional en un sistema de
control de acción proporcional.
Aplicación
del
amplificador
operacional en un sistema de
control de acción integrativo.
I
1.5
I
1.5
6
Obtención de las características de
par-velocidad del servomecanismo
de ca.
II
1.5
7
Obtención de las características de
par-velocidad del servomecanismo
de cd.
II
1.5
8
Respuesta
transitoria
servomecanismo de cd.
de
III
1.5
9
Control
de
posición
servomecanismo de cd.
del
III
1.5
10
Control
de
velocidad
servomecanismo de cd.
del
III
1.5
11
Caracterización de un sistema
síncrono con técnicas de fase.
IV
1.5
12
Cálculo de un Diseño de un sistema
de servomecanismo, empleando el
principio de retroalimentación por
tacómetro.
V
1.5
13
Cálculo
de
un
sistema
de
servomecanismo, empleando el
servo-sistema de Retroalimentación
por potenciómetro.
Proyecto de Aplicación.
V
1.5
VI
7.5
Total de Horas
27
5
14
LUGAR DE REALIZACIÓN
Todas las prácticas se
realizarán en el
Laboratorio de Control.
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ASIGNATURA: Control Analógico: Servomecanismos.
CLAVE:
HOJA: 11 DE 11
PERÍODO
UNIDAD
1°
I y II
60% Primer examen departamental, unidades I y II.
30% Prácticas de laboratorio.
10% Participación en el aula, tareas y trabajos extraclase.
2°
III, IV Y V
60% Segundo examen departamental, unidades III, IV y V.
30% Prácticas de laboratorio.
10% Participación en el aula, tareas y trabajos extraclase.
3°
VI
CLAVE
B
1
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
60% presentación y unificación de los cálculos de un sistema servo
y su aplicación.
30% Reporte de condiciones y pruebas del sistema propuesto.
10% Pruebas de funcionamiento del sistema diferencial.
C
X
BIBLIOGRAFÍA
D'Azzo J., Houpis H. C, Linear Control System Analysis and Design With
Matlab. Marcel Dekker; 5th edition, 832 págs, ISBN: 0824740386
2
X
Feedback Instrument Limited. Modular Servo Type MS150. 50págs.
3
X
Maas J., Industrial Electronics, Prentice Hall, USA 1995, 962 págs.ISBN: 002-373023-4
4
X
Ogata K. Modern Control Engineering. Pearson. USA 2004, Fourth edition,
965 págs. ISBN: 0-13-060907-2
5
X
Unidades Didácticas. Regulación de Velocidad en Máquinas de C.C..
Primera Edición. 1998. 305 págs.
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PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidades Culhuacan y Zacatenco.
Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica.
CARRERA
ÁREA:
BÁSICAS
ACADEMIA:
Control
C. INGENIERÍA
SEMESTRE
D. INGENIERÍA
Octavo
C. SOC. y HUM.
ASIGNATURA: Control Analógico: Servomecanismos.
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:
Licenciatura: Ingeniería en Comunicaciones y
Electrónica, Ingeniería en Control y Automatización,
Ingeniería Eléctrica o Ingeniero Mecánico Electricista.
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
El alumno diseñará y calculará un Servo-Sistema de uso en la industria sus parámetros, elementos y mandos,
con señales analógicas.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
Diseño de
acopladores,
compensadores con
amplificadores
operacionales. Control
lineal. Análisis
dinámico deservosistemas.
Calculo de sistemas
mecánicos
rotacionales.
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
En la selección, aplicación,
operación y diseño de
sistemas de control lineales
aplicados a sistemas de
servomecanismos aplicados
a los sistemas industriales
de manufactura y
transformación.
ELABORÓ
HABILIDADES
ACTITUDES
Manejo de grupos, equipo de
laboratorio de hardware y
software.
Establecimiento de ambientes
favorables al aprendizaje, para
la solución de problemas.
Análisis y síntesis.
Motivar al estudio.
Razonamiento e investigación,
uso de material didáctico,
capacidad de liderazgo ante el
grupo.
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
__________________________
_________________________
__________________________
Ing. Raúl De la Torre y García.
M en C Eduardo Lázaro Castillo
Presidentes de Academia Control
Ing. Ruben Juárez Barrientos
Ing. Guillermo Santillán Guevara
Subdirectores Académicos
M en C Jesús Reyes García
Ing, Ernesto Mercado Escutia.
Directores
FECHA: 2006