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PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA SECCIÓN DE CONTROL

CARRERA: INGENIERÍA ELECTRÓNICA ASIGNATURA: SISTEMAS DINÁMICOS CÓDIGO: 4154 OBLIGATORIA: SI ELECTIVA: TEORICA: SI TEÓRICO-PRÁCTICA: PRÁCTICA: HORAS SEMANA: 3 TEORÍA: 3 PRÁCTICA: 0 CRÉDITOS: 3 FECHA: ENERO 2013

PRERREQUISITOS Circuitos en Frecuencia 4096 Física de Fluidos, Termología y Ondas 16209 JUSTIFICACIÓN El área de sistemas y circuitos suministra una visión integrada de sistemas físicos de diverso tipo. Los 2 cursos iniciales, Circuitos Eléctricos y Circuitos en Frecuencia, establecen los fundamentos para el análisis de circuitos eléctricos en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia. Los dos cursos siguientes, Sistemas Dinámicos y Controles, extienden los procedimientos de análisis y de obtención de modelos a sistemas no eléctricos y, al planteo de las soluciones clásicas y modernas al problema de controlar la respuesta de un sistema completo. En este curso de Sistemas Dinámicos se plantean modelos matemáticos de sistemas continuos y discretos, así como las herramientas para linealización, solución y simulación empleando MATLAB® y SIMULINK®: Los sistemas que se estudian son mecánicos, electromecánicos, hidráulicos y térmicos; lineales y no lineales. También se plantea un procedimiento básico para identificación de parámetros.

OBJETIVOS 1. Seleccionar y aplicar métodos para modelar y solucionar

sistemas físicos de diferente naturaleza (CDIO 2.1) 2. Establecer las condiciones básicas para desarrollar un

modelo teórico de un caso real. (CDIO 2.2) 3. Discutir e interpretar las propiedades e interrelaciones

de un sistema dinámico. (CDIO 2.3). 4. Identificar y extrapolar los conocimientos teóricos para

el diseño de un sistema físico. (CDIO 4.4) METODOLOGÍA

1. Revisión de los temas de clase previamente por parte del estudiante.

2. Exposiciones teóricas por parte del profesor. 3. Solución y discusión de problemas en clase 4. Soluciones empleando MATLAB y SIMULINK (Programa

disponible en el salón 611 – Edificio de Ingeniería) 5. Tareas para reforzar y extender los conceptos y métodos

desarrollados en clase. 6. Proyecto de aplicación y simulación de sistemas dinámicos.

Reporte y presentación de resultados 7. Evaluaciones.

PROGRAMA RESUMIDO Modelaje de sistemas empleando variables de estado, análisis de sistemas continuos, discretos y con retardo de tiempo. Linealización de elementos y de sistemas, soluciones numéricas y simulación. Descripción de sistemas compuestos. Realimentación y estabilidad. Modelos de sistemas mecánicos, electromecánicos, hidráulicos, térmicos, discretos. EVALUACIÓN:

Primer parcial: 25% (Semanas 6) Segundo parcial: 25% (Semanas 11)

Examen final: 25% (Semana 17) Tareas y trabajos: 25% (Durante el semestre)

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OBSERVACIONES: 1. Del reglamento de estudiantes: “113. Constituyen faltas graves: d. El fraude en actividades, trabajos y evaluaciones académicos y la posesión o utilización de material no autorizado en los mismos.” “118. Adicional a la sanción disciplinaria, el fraude en actividades, trabajos y evaluaciones académicos se sancionará académicamente con la pérdida de la asignatura, la cual será calificada con nota definitiva de cero punto cero (0.0)” “120. Además de la sanción disciplinaria, el plagio o la suplantación en una evaluación académica, en exámenes preparatorios, en trabajo de grado y tesis, se sancionarán académicamente con la pérdida de la asignatura la cual será calificada con nota definitiva de cero punto cero (0.0).” “67. Evaluación supletoria es aquella que remplaza otra evaluación académica que el estudiante no pudo presentar oportunamente, por razones debidamente justificadas por escrito ante el Director del Programa. Dicha justificación deberá presentarse en un plazo no superior a los cinco días hábiles siguientes a la fecha de la evaluación no presentada.” Para mayor información leer el Reglamento de estudiantes, en la página de la Universidad. 2. Horario de clases:

Grupo 2 – 1969 Jueves 8am a 11am – salón 54-104 Monitor: Ángela Cuadros (a.cuadros@javeriana.edu.co)

3. Asignatura de 3 Créditos significa:

144 Horas de trabajo semestrales divididas así: 48 Horas de clase presenciales (3 H/Semana) 96 Horas de trabajo fuera del aula de clase (6 H/semana)

CAPÍTULO 1. REPRESENTACIÓN DE SISTEMAS

SEMANA 1 Definición de sistema

Modelos y representaciones de sistemas Representación por variables de estado Variables de estado circuitos eléctricos Tarea 1: Álgebra lineal

SEMANA 2 Solución de ecuaciones de estado Análisis modal Relación función de transferencia – variables de estado Controlabilidad y observabilidad

SEMANA 3 – SESIÓN DE MATLAB Sistemas No lineales Puntos de equilibrio Aproximación por linealización Soluciones numéricas Comparación de soluciones Tarea 2: Solución de sistemas eléctricos

CAPITULO 2. MODELOS DE SISTEMAS FISICOS

SEMANA 4 Sistemas mecánicos de traslación y rotación Variables y unidades de medida. Leyes de interconexión SEMANA 5- SESIÓN DE MATLAB Sistemas electromecánicos Motor D.C. Tarea 3. Sistemas electromecánicos SEMANA 6 Transductores Acople resistivo Acople por campo eléctrico - magnético Primer examen parcial (1.5 horas)

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SEMANA 7 Sistemas térmicos Variables y unidades Leyes de interconexión SEMANA 8 Variables y unidades sistemas hidráulicos Leyes de los elementos Componentes hidráulicos Tarea 4. Construcción de modelos de sistemas SEMANA 9- SESIÓN DE MATLAB Simulación sistema de tanques

Estimación de parámetros Mínimos cuadrados

CAPITULO 3. ANÁLISIS DE SISTEMAS COMPUESTOS

SEMANA 10 Descripción de sistemas compuestos Diagramas de bloque y flujo Regla de Mason Relaciones entre representaciones

SEMANA 11 Definición de estabilidad Estabilidad de sistemas LTI Estabilidad de puntos de equilibrio Segundo examen parcial (1.5 horas) SEMANA 12 Efectos de la realimentación Respuesta dinámica y de frecuencia Estabilidad de sistemas realimentados SEMANA 13 Criterio de Routh – Hurwitz Lugar de las raíces - Construcción Tarea 5. Análisis de sistemas interconectados

SEMANA 14- SESIÓN DE MATLAB Lugar de las raíces - Casos especiales CAPITULO 4. SISTEMAS DISCRETOS SEMANA 15 Ecuaciones de diferencias - Convolución Transformada Z Descripción en el espacio de estado Tarea 6. Análisis de sistemas discretos SEMANA 16- SESIÓN DE MATLAB Estabilidad de sistemas discretos Solución numérica de ecuaciones de diferencia SEMANA 17 Examen final

BIBLIOGRAFÍA

1. Woods, Robert L. and Kent L. Lawrence. Modeling and

simulation of dynamic systems. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall, 1997.

2. Benjamin C. Kuo, Farid Golnaraghi, Automatic Control Systems, Wiley, 2002, ISBN: 0471134767.

3. Dorf, Richard, Modern Control Systems, Pearson/Prentice Hall, 2008. ISBN: 0132270285

4. Nise, Norman, Control Systems Engineering, John Wiley & Sons. 2008. ISBN: 9780471794752.

5. Close, Charles, Modeling and Analysis of Dynamic Systems, Wiley, 2002. ISBN: 0471394424.

6. Ogata, Katsuhiko, Ingeniería de Control Moderna, Pearson/Prentice Hall, 2003, ISBN 84-205-3678-4.