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VICERRECTORADO DE DOCENCIA
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PROGRAMA DE ASIGNATURA SLABO- PRESENCIAL 1. DATOS INFORMATIVOS
MODALIDAD:
PRESENCIAL
DEPARTAMENTO:
ELCTRICA Y ELECTRNICA
REA DE CONOCIMIENTO:
AUTOMTICA Y ROBTICA
CARRERAS:
MECATRNICA
NOMBRES ASIGNATURA:
SISTEMAS DE CONTROL
PERODO ACADMICO:
ABRIL 2015 AGOSTO 2015 PRE-REQUISITOS:
MATEMTICA SUPERIOR PARA ELECTRNICA [EXCT 11305]
CDIGO:
ELEE 20076
NRC: 3544
No. CRDITOS: 4
NIVEL: SEXTO
CO-REQUISITOS:
FECHA ELABORACIN: 01/04/2015
SESIONES/SEMANA: EJE DE FORMACIN PROFESIONAL
TERICAS: 2
LABORATORIOS:
DOCENTE: ING. FRANKLIN MANUEL SILVA MONTEROS
DESCRIPCIN DE LA ASIGNATURA: Los tpicos revisados en este curso permiten analizar sistemas lineales, con nfasis en estructuras realimentadas puesto que representan la mayora de las encontradas en la naturaleza y las implementadas por el hombre. En particular, en este curso se abordan temas como el anlisis en estado estacionario y dinmico de sistemas lineales que se caracterizan por tener una entrada y una salida, tambin se introducen herramientas nuevas como son el Lugar Geomtrico de las Races, y el Criterio de Routh-Hurwitz, etc. Posteriormente, se analizan los sistemas de manera prctica y se realizan los diferentes tipos de controladores (ON-OFF, P, PI, PD, PID) acorde a las necesidades del sistema.
CONTRIBUCIN DE LA ASIGNATURA A LA FORMACIN PROFESIONAL: Esta asignatura pertenece a la tercera etapa de formacin, complementa el conocimiento instrumentacin industrial mecnica, aplica estos conocimientos en el anlisis de los diferentes sistemas de control analgico de diversas variables utilizadas en la industria. Permite comprender el funcionamiento de los diferentes sistemas de control y cul es su seleccin y aplicacin para satisfacer requerimientos especficos. Sirve como base para la asignatura de Control Digital.
RESULTADO DE APRENDIZAJE DE LA CARRERA: (UNIDAD DE COMPETENCIA)
Automatiza mquinas y sistemas de manufactura aplicando tecnologa con el fin de mejorar la productividad.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA: Automatizar mquinas y sistemas de manufactura aplicando tecnologa con el fin de mejorar la productividad.
RESULTADO DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA: (ELEMENTO DE COMPETENCIA)
Modela y analiza los diferentes tipos de procesos (sistemas de control), para determinar su funcionamiento, sus caractersticas y sus aplicaciones, utilizando para ello herramientas manuales y software Matlab.
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2. SISTEMA DE CONTENIDOS Y RESULTADOS DEL APRENDIZAJE No.
UNIDADES DE CONTENIDOS
RESULTADOS DEL APRENDIZAJE Y SISTEMA DE TAREAS
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Unidad 1: MODELAMIENTO MATEMTICO DE SISTEMAS
Resultados de Aprendizaje de la Unidad 1: Realiza el modelado matemtico de un sistema compuesto por varios subsistemas, lo relaciona con sistemas existentes y presenta conclusiones. Simplifica y analiza los modelos matemticos , tanto en forma manual como con la ayuda de Matlab.
1.1 INTRODUCCIN
1.1.1 Breve historia de los sistemas de
control
1.1.2 Sistemas de control en lazo
abierto y lazo
cerrado
1.1.3 Componentes de un sistema de
control
1.1.4 Tipos de sistemas de control
1.1.5 Realimentacin y sus efectos
1.2 DESCRIPCIN DE LA PLANTA.
1.2.1 Descripcin externa
1.2.2 Funcin de transferencia
1.2.3 Diagramas de bloques
1.2.4 Diagramas de flujo
1.2.5 Descripcin interna
1.2.6 Espacios de estados
1.3 MODELO DE SISTEMAS
1.3.1 Elctricos
1.3.2 Mecnicos, neumticos,
hidrulicos, etc.
1.3.3 Analoga de Sistemas
Tarea 1: Realizar un resumen de la evolucin de los controladores Tarea 2: Presentar una exposicin sobre el funcionamiento y las aplicaciones de los sistemas de control en la industria. Tarea 3 : Realizar un anlisis sobre las ventajas y desventajas de un Sistema de control en lazo cerrado frente a un sistema de control en lazo abierto. Tarea 4 : Realizar el modelado de diferentes sistemas que presenten varias etapas y desarrollar la simplificacin para obtener un equivalente simple tanto en forma manual como con la ayuda de Matlab.
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Unidad 2: ANLISIS DE SISTEMAS DE CONTROL EN EL DOMINIO DEL TIEMPO
Resultados de Aprendizaje de la Unidad 2:
Realiza el anlisis de sistemas de diferente orden, reconociendo sus caractersticas. Realiza el lugar geomtrico usando MatLaby lo utiliza para analizar el comportamiento de un sistema.
2.1 RESPUESTA DE SISTEMAS
2.1.1 Determinacin de las races en el plano S. 2.1.2 Localizacin de polos. 2.1.3 Error en estado estacionario. 2.1.4 Tipos de entrada.
Tarea 1: Presentar las grficas de la respuesta en el tiempo de los diferentes sistemas de primer y segundo orden, cuando se aplica una entrada escaln unitario Tarea 2:
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2.1.5 Tipos de sistema. 2.1.6 Coeficientes estticos de error. 2.1.7 Error en sistemas con varias entradas.
2.2 ANLISIS DE RESPUESTA DE SISTEMAS
2.2.1 Anlisis de Estabilidad mediante el criterio de Routh Hourtwitz. 2.2.2 Diseo de la ganancia de sistemas mediante el criterio de Routh Hourtwitz. 2.2.3 Orden de sistemas.
2.3 RESPUESTAS DE LOS SISTEMAS A DIFERENTES TIPOS DE ENTRADAS.
2.3.1 Sistemas de segundo orden. 2.3.2 Sistemas de Orden superior. 2.3.3 Efecto de adicin de polos y ceros.
2.4 LUGAR DE LAS RACES 2.4.1 Mtodo de trazo. 2.4.2 Clculo de Ganancia 2.4.3 Estabilidad Relativa
Utiliza Matlab para presentar las grficas de la respuesta de los diferentes sistemas de primer y segundo orden, cuando se aplica una entrada escaln unitario Tarea 3: Realizar el anlisis de estabilidad de diferentes sistemas tanto en forma manual como utilizando Matlab Tarea 4: Realizar el clculo de error en estado estable para diferentes sistemas utilizando entradas, escaln, rampa y exponencial, compara estos resultados con resultados obtenidos en sistemas reales. Tarea 5: Realizar diagramas de LGR para diferentes sistemas, tanto en forma manual (bosquejo), como tambin utilizando Matlab (detallado), e interpreta los resultados.
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Unidad 3: ANLISIS DE SISTEMAS DE CONTROL
EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA
Resultados de Aprendizaje de la Unidad 3: Analiza y comprende el funcionamiento de los diferentes modos de sistemas de control y los aplica al control de variables en procesos satisfaciendo requerimientos especficos. Comprende y aplica los mtodos de sintonizacin para ajustar el funcionamiento de un sistema de control con los requerimientos deseados.
3.1 DIAGRAMAS DE BODE
3.1.1 Mtodo de trazo 3.1.2 Ancho de banda 3.1.3 Margen de fase y margen de ganancia
3.2 CONTROLADORES PID 3.2.1 Accin Proporcional 3.2.2 Accin Derivativa 3.2.3 Accin Integral 3.2.4 Ajuste de Ziegler Nichols
3.3 REDES DE COMPENSACIN
3.3.1 Tipos de compensacin 3.3.2 Compensadores de adelanto de fase 3.3.3 Compensadores de retraso de fase 3.3.4 Compensadores de retraso -adelanto.
Tarea 1: Realizar el anlisis del funcionamiento de cada uno de los modos de control, realizar una tabla y discutir los resultados. Tarea 2: Realizar un resumen del mtodo de sintonizacin de sistemas de control PID, analizarlo y discutir los resultados. Tarea 3: Realizar en grupo un proyecto de fin de curso en el cual se realice el control PID de una variable a su eleccin, para satisfacer requerimientos especficos del sistema elegido. Presente un informe y defienda su trabajo
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3. PROYECCIN METODOLGICA Y ORGANIZATIVA PARA EL DESARROLLO DE LA ASIGNATURA
( PROYECCIN DE LOS MTODOS DE ENSEANZA-APRENDIZAJE QUE SE UTILIZARN) Al iniciar el periodo acadmico se diagnosticarn cules son los conocimientos y habilidades previamente adquiridas por el estudiante y que contribuyan al desarrollo de la asignatura. Con la ayuda del diagnstico se indagar lo que conoce el estudiante, como lo relaciona, que puede hacer con la ayuda de otros, qu puede hacer solo, qu ha logrado y qu le falta para alcanzar su aprendizaje significativo. A travs de preguntas y participacin de los estudiantes se hace un recuerdo de temas que son requisitos de aprendizaje previos que permita conocer cul es la lnea de base a partir del cual incorporar nuevos elementos de competencia, en caso de encontrar deficiencias enviar tareas para atender los problemas individuales. Plantear interrogantes a los estudiantes para que den sus criterios y puedan asimilar la situacin problemtica. Se iniciar con explicaciones orientadoras del contenido de estudio, donde el docente plantea los aspectos ms significativos, los conceptos, leyes y principios y mtodos esenciales; y propone la secuencia de trabajo en cada unidad de estudio. Se buscar que el aprendizaje se base en el anlisis y solucin de problemas; usando informacin en forma significativa; favoreciendo la retencin; la comprensin; el uso o aplicacin de la informacin, los conceptos, las ideas, los principios y las habilidades en la resolucin de problemas de redes elctricas. Se buscar la resolucin de casos para favorecer la realizacin de procesos de pensamiento complejo, tales como: anlisis, razonamientos, argumentaciones, revisiones y profundizacin de diversos temas. Se realizan prcticas de laboratorio para desarrollar las habilidades proyectadas en funcin de las competencias y el uso de simuladores. Se realizan ejercicios orientados a la carrera y otros propios del campo de estudio. Para optimizar el proceso de enseanza-aprendizaje, se utilizar el laboratorio con el siguiente hardware: elementos electrnicos, multmetros, generador de seales, osciloscopios, complementados con: computador y proyector multimedia.
PROYECCIN DEL EMPLEO DE LAS TIC EN LOS PROCESOS DE APRENDIZAJE Las TICs, se las emplearn para realizar las simulaciones de los temas tratados en el aula y las presentaciones. Se utilizarn los siguientes simuladores: Matlab, WorkBench, Multisim, Proteus. Adems, los estudiantes deben tener las competencias para resolver: sistemas de ecuaciones, integrales y diferenciales; utilizando calculadoras cientficas u otro medio electrnico.
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4. RESULTADOS DEL APRENDIZAJE, CONTRIBUCIN AL PERFIL DE EGRESO Y TCNICA DE EVALUACIN.
LOGRO O RESULTADOS DE APRENDIZAJE
NIVELES DE LOGRO Tcnica de evaluacin
Evidencia del aprendizaje
A Alta
B Media
C Baja
1) Realiza el modelado matemtico de un sistema compuesto por varios subsistemas, lo relaciona con sistemas existentes y presenta conclusiones.
X
Revisin de
trabajos con el uso de la rbrica. Cuestionario.
Trabajo escrito
sobre el tema. Documento de evaluacin.
2) Simplifica y analiza los modelos matemticos, tanto en forma manual como con la ayuda de Matlab.
X
Revisin de trabajos con el
uso de la rbrica. Cuestionario.
Trabajo escrito sobre el tema.
Documento de evaluacin.
3) Realiza el anlisis de sistemas de diferente orden, reconociendo sus caractersticas.
X
Revisin de trabajos con el uso de la rbrica.
Cuestionario.
Trabajo escrito sobre el tema. Documento de
evaluacin.
4) Realiza el lugar geomtrico usando MatLaby lo utiliza para analizar el comportamiento de un sistema.
X
Revisin de
trabajos con el uso de la rbrica. Cuestionario.
Informes.
Documento de evaluacin. Trabajo prctico
5) Analiza y comprende el funcionamiento de los diferentes modos de sistemas de control y los aplica al control de variables en procesos satisfaciendo requerimientos especficos.
X
Revisin de trabajos con el
uso de la rbrica. Cuestionario.
Informes y/o videos sobre el
trabajo realizado. Documento de evaluacin.
Trabajo prctico
6) Comprende y aplica los mtodos de sintonizacin para ajustar el funcionamiento de un sistema de control
con los requerimientos deseados. X
Cuestionario.
Revisin de trabajos con el uso de la rbrica
Informes realizado
Documento de evaluacin. Trabajo prctico
7) Modela y analiza los diferentes tipos de procesos (sistemas de control), para determinar su funcionamiento, su sintonizacin, sus caractersticas y sus aplicaciones, utilizando para ello herramientas manuales y software
Matlab.
X
Cuestionario. Revisin de trabajos con el
uso de la rbrica
Informes y/o videos sobre el
trabajo realizado. Documento de
evaluacin. Trabajo prctico.
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5. DISTRIBUCIN DEL TIEMPO:
TOTAL HORAS
CONFERENCIAS CLASES
PRCTICAS LABORATORIOS
CLASES DEBATES
CLASES EVALUACIN
TRABAJO AUTNOMO DEL
ESTUDIANTE
64
40
14
4
6
64
6. TCNICAS Y PONDERACIN DE LA EVALUACIN.
Tcnica de evaluacin 1er Parcial* 2do Parcial* 3er Parcial*
Resolucin de ejercicios 4 4 4
Lecciones oral/escrita 4 4 4
Pruebas orales/escrita 4 4 4
Trabajo colaborativo 4
Examen parcial 8 8 4
Total: 20 20 20
7. BIBLIOGRAFA BSICA/ TEXTO GUA DE LA ASIGNATURA
TITULO AUTOR EDICIN AO IDIOMA EDITORIAL BASE
DIGITAL
Control Systems Engineering E-libro
Sivanagaraju, S. Devi, L.
Primera 2012 Ingles New Academic Science
X
Ingeniera de Control Moderna.
Ogata, Katsuhiko
Tercera 2005 Espaol Pearson-Prentice Hall
BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA
TITULO AUTOR EDICIN AO IDIOMA EDITORIAL BASE
DIGITAL
Sistemas de control para ingeniera
Norman Nise Tercera 2009 Espaol Alfaomega
Control Systems Jagan, N.C. Tercera 2008 Ingles Global Media
X
Mecatrnica: sistemas de control electrnico en la ingeniera mecnica y elctrica
Bolton, William Lomel Daz, Luz ngeles Grillo Giannetto, Marcelo
Quinta 2013 Espaol Alfaomega Grupo Editor
X
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8. LECTURAS PRINCIPALES:
TEMA
TEXTO PGINA
Introduccin a los sistemas de control
Ingeniera de Control Moderna - Ogata
1-6
Modelamiento de sistemas dinmicos
Ingeniera de Control Moderna - Ogata 53-146
Anlisis de la respuesta transitoria y estacionaria
Ingeniera de Control Moderna - Ogata 219-330
Anlisis del lugar geomtrico Ingeniera de Control Moderna - Ogata 337-413
Diseo de sistemas de control mediante el mtodo del lugar geomtrico de las races
Ingeniera de Control Moderna - Ogata 416-488
Anlisis de respuesta transitoria y estacionaria
Ingeniera de Control Moderna - Ogata 618-679
Introduccin a los sistemas de control
Sistemas de Control Moderno - Dorf 1-37
Comportamiento de los sistemas de control con realimentacin
Sistemas de Control Moderno - Dorf 243-310
Diseo de4c sistemas de control con realimentacin
Sistemas de Control Moderno - Dorf 582-595
Modelado en el dominio del tiempo Sistemas de control para Ingeniera - Nise
128-172
Reduccin de subsistemas mltiples Sistemas de control para Ingeniera - Nise
251-323
Diseo por medio del lugar geomtrico
Sistemas de control para Ingeniera - Nise
496-584
9. ACUERDOS:
DEL DOCENTE:
El profesor se compromete a ayudar a los estudiantes acorde a sus requerimientos. E profesor deber estar en clase sin ningn retraso, salvo casos debidamente
justificados. El profesor no podrn contestar el celular en clase. Evitar cualquier forma de fraude. Las lecciones podrn ser solicitadas por el profesor continuamente, sin previo aviso a
los estudiantes. Los dems trabajos sern solicitados por el profesor por lo menos con una sesin de
clase de anticipacin. En caso totalmente justificado el docente podr abandonar la clase dejando una
tarea. DE LOS ESTUDIANTES:
El estudiante deber leer los artculos cientficos, lecturas recomendadas, previa su asistencia a las sesiones
Solo consultas puntuales podrn ser hechas al profesor mediante el uso del correo electrnico.
Los trabajos deben ser presentados con puntualidad.
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Los trabajos en grupo debern realizarse con la participacin total de sus integrantes. Los estudiantes y el profesor debern estar en clase sin ningn retraso, salvo casos
debidamente justificados. Los estudiantes no podrn contestar el celular en clase. Los estudiantes no podrn usar el celular durante una prueba. Realizar trabajo autnomo. Evitar cualquier forma de fraude comprobado, de existir implicar la aplicacin del
reglamento vigente. En caso totalmente justificado un estudiante podr abandonar o reingresar a la clase
sin interrumpirla.