UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA ELECTROMECANICA

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INGENIERIA ELECTROMECANICA

F01 Fecha: 24/01/2017

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1. PRESENTACIÓN DEL CURSO O MATERIA

Nombre de la materia CONTROL AUTOMATICO

Código de la materia 1090713 Semestre de

la materia

Área de formación Área de Básicas Área aplicada Área profesional

Área de formación socio-humanista

Tipo de asignatura Obligatoria: Electiva

Prerrequisitos 1090612

Créditos académicos: H.T.

2

H.P. 2

H.T.I. 40

H.A.D. 2

H.A.P. 1

Total de horas Total horas semanales: 4 Total horas semestre: 56

Profesor Nombre: PhD. Francisco E.

Moreno

e-mail:

femgarcia@ufps.edu.co

* H.T: Horas Teóricas * H.P: Horas Prácticas

* H.T.I: Horas de Trabajo Independiente * H.A.D: Horas de asesoría del docente

* H.A.P: Horas de asesoría in situ (Prácticas, comunidad)

2. CONTEXTUALIZACIÓN DEL CURSO O MATERIA

El estudio de sistemas de control ha adquirido una gran importancia debido a su amplia aplicación en el trabajo tecnológico y especialmente en el desarrollo de la automatización, que hoy por hoy ha logrado extenderse a muchas áreas del conocimiento. El curso suministra herramientas para el análisis y diseño de sistemas de control empleando técnicas de entrada / salida. Los sistemas estudiados son lineales, invariables con el tiempo, determinísticos. A partir de este curso el estudiante obtiene los conocimientos básicos necesarios para profundizar en sistemas de control digital, teoría de sistemas y control de proceso.

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segundo como una representación en el dominio del tiempo. Una vez representando en ecuaciones diferenciales, se presenta las técnicas de solución en el análisis de cálculo la respuesta transitoria mediante el uso de MATLAB y su comportamiento de estabilidad mediante el criterio de Routh-Horwitz. Una vez que se tiene las herramientas de análisis se procede con el diseño empleando para ello diversas técnicas en el dominio de la frecuencia compleja empleando para ello: el Lugar Geométrico de las Raíces La técnica de Evans), Bode, Nyquist y Nichols y, en el domino del tiempo, en el formato de variable de estado, emplearemos la técnica de la ubicación de los polos empleando la técnica de controlador y el observador, como herramienta de diseño y análisis empleando el MATLAB como herramienta de análisis y de diseño. Por último como estrategia de diseño como un caso particular de la respuesta en frecuencia se analiza y diseña un sistema de control empleando el PID (Proporcional, Integral y Diferencial).

3. OBJETIVOS GENERAL Y ESPECÍFICOS DEL CURSO O MATERIA

Al finalizar el curso el estudiante estará en capacidad de sintetizar reguladores y compensadores para sistemas de control con uno o varios lazos de control; de tal forma que estos lazos cumplan con las exigencias dinámicas y estáticas dadas. Además podrá implementar los reguladores y compensadores usando dispositivos electrónicos analógicos.

4. ENFOQUE PEDAGÓGICO Y METODOLOGÍA

El curso de control automático desde el aspecto pedagógico tiene como base la construcción teórico formal fundamentada en lo científico y lo ideológico, donde se interpretará, diseñará, y ajustará a la realidad las ventajas de la ingeniería de control, para suplir las necesidades de la industria y su contexto.

Su contenido pedagógico cumple con una función específica en el área de control y cuya base es la formación del individuo, el cual debe ser coherente y consecuente con la práctica, el programa y los perfiles que desarrolla el plan de estudios de ingeniería electromecánica de la UFPS.

Por otro lado, se busca como propósito la motivación permanente por parte del docente orientado según conclusiones del PEI (2007) y a los avances significativos en la rama de la ingeniería cuya prevalencia es superar los rasgos negativos como lo son la memorización y repetición de contenidos por parte del alumno.

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enfrentar los retos de la sociedad del conocimiento y los nuevos problemas de un mundo globalizado.

5. CONTENIDOS BÁSICOS

Nº de la unidad

Título de la unidad Objetivo central

1 Introducción Habituarse a la teoría de

control.

2 Revisión matemática Conocer la dinámica de los

sistemas físicos.

3 Representación y respuesta

dinámica de sistemas de control.

Analizar el comportamiento transitorio de los sistemas.

4 Propiedades básicas de

sistemas realimentados.

Analizar el comportamiento en régimen permanente de los sistemas

5 Estructuras de controladores

y métodos de sintonización de proyectos.

Estudiar el esquema de control clásico PID

6 Proyecto por el método de

lugar de las raíces.

Sintonizar controladores a

partir de su ecuación

característica.

7 Proyecto en el dominio de la

frecuencia.

Estudiar la respuesta de los controladores en frecuencia

8 Descripción de las variables de

estado de los sistemas en tiempo continúo.

Abordar el principio del

control moderno

6. SABERES ORIENTADOS AL APRENDIZAJE

QUÉ DEBE SABER EL ESTUDIANTE

QUÉ DEBE SABER HACER EL ESTUDIANTE

QUÉ DEBE SABER SER EL ESTUDIANTE

Estudiar, analizar, comprender y desarrollar las técnicas de análisis y diseño de sistemas de control en tiempo continuo en el desarrollo de algunas aplicaciones.

Manejar a través de modelos matemáticos, lineales e

El estudiante debe aprender a utilizar los diferentes métodos existentes para el desarrollo de las técnicas de análisis y diseño con técnicas en el dominio de la frecuencia compleja (Evans, Bode, Nyquist, Nichols) y en dominio del tiempo en representación en variable de estado

A través del trabajo en grupo se despertará en el estudiante el compañerismo y los valores sociales

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invariantes en el tiempo los procesos industriales, que se comporten bajos ciertas especificaciones de desempeño deseados.

El estudiante debe de estar en capacidad de elaborar modelos prácticos en donde interactúen las propiedades y aplicaciones los métodos de análisis y diseño en el dominio de la frecuencia compleja y en el dominio del tiempo, empleando las técnicas conocidas de control convencional.

Aplica los controladores análogos para la solución y mejora de procesos de manufactura.

Emplea la respuesta en régimen permanente como análisis de la estabilidad de los sistemas. Resuelve sistemas mediante

gráficas en el dominio del tiempo y de la frecuencia.

(Ubicación de los polos) y sus diferentes aplicaciones.

Analiza el diagrama de polos y ceros como criterio de estabilidad.

Reconoce los diagramas de Bode, Nyquist como proceso de diseño de sistemas de control. Comprende la tabla de Routh y

su manejo de polinomios de grado n.

Relaciona las expresiones matemáticas de las acciones básicas de control y su aplicación a circuitos análogos. Analizar, diseñar, simular,

construir y evaluar modelos matemáticos con MATLAB Analizar, diseñar, simular,

construir y evaluar circuitos para implementar PID análogos con amplificadores Operacionales Analizar, diseñar, simular,

construir y evaluar circuitos para implementar controladores análogos con amplificadores Operacionales

Explotar a un elevado nivel los programas profesionales para el diseño de sistemas de control asistido por computador (MATLAB).

Utilizar ampliamente la literatura científica y técnica, incluidos manuales en español e inglés, sobre sistemas de control automático.

Elaborar informes técnicos de calidad utilizando las normas técnicas orientadas para este fin.

Contribuir a lograr rigor científico, tanto en lo que se refiere a la aplicación de los conceptos y a la formulación de los temas, como a la aplicación de los métodos y formas de trabajo.

Contribuir a una alta responsabilidad ética y moral para poner el resultado de su trabajo en función de los requerimientos de la sociedad donde vive, manteniendo una actitud responsable ante el cuidado del medio ambiente y el desarrollo sostenible.

Contribuir a mantener la competencia profesional y por tanto la capacidad de superación y auto preparación durante su vida laboral activa. Contribuir a una actitud positiva

en su conducta social y correctos hábitos de educación formal, así como alcanzar habilidades en la comunicación social, tanto desde el punto de vista laboral como en sus relaciones sociales generales.

7. DESARROLLO DE LAS ACTIVIDADES DE CLASE

Nombre de la unidad Conceptos y actividades a desarrollar de forma presencial Tiemp o en horas Actividades dirigidas o independient

es (aprendizaje

autónomo) fuera del aula

Tiemp o en horas

Lecturas obligatorias y/o temas a investigar

Tiem po en horas

Unidad 1 – INTRODUCCIÓ N A SISTEMAS DE CONTROL

• Sistemas de control en lazo abierto • Sistemas de

control en lazo cerrado • Ejemplos a

Clase Magistral: conceptos básicos de los

sistemas de control (1h)

Clase Magistral: Ejemplos de

situaciones

6 Guías y

artículos de investigación como refuerzo extracurricular sobre conceptos y terminología básica de los

sistemas de control (2h)

6 https://sites.google.com/a/uf

ps.edu.co/control- automatico/home/archivos-para-descargar

Base de datos (Science direct, SCOPUS, ACM, Mendeley, etc.)

http://biblioteca.ufps.edu.co/i ndex.php/biblioteca-virtual/suscripcion

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identificar • Terminología

reales para identificar. (1h) Laboratorio 1: Introducción y aplicaciones simples en matlab y simulink (4h) Taller de refuerzo como trabajo independiente extracurricular 1: Desarrollar ejercicios planteados aplicando simulink (4h)

Unidad 2 - REVISION MATEMÁTICA

• Introducción • Transformada

de laplace • Obtención de

la

transformada de laplace de algunas funciones • Teoremas de

la

transformada de laplace • Transformada

inversa de Laplace • Modelamiento

de sistemas dinámicos. • Evaluación de

funciones de transferencia. • Definición de

polos y ceros • Plano S.

Importancia del escalón unitario, impulso unitario Clase Magistral: Transformada de laplace (2h)

Clase Magistral: Problemas planteados de sistemas físicos reales para desarrollar su respectivo modelamiento y obtener su función de transferencia. (2h) Laboratorio 2: Modelamiento de sistemas físicos y aplicación de la transformada de laplace (4h)

8 Guías y

artículos de investigación como refuerzo extracurricular sobre transformada de Laplace y modelamiento (2h) Taller de refuerzo como trabajo independiente extracurricular 2: Desarrollar ejercicios planteados aplicando conceptos de la transformada de laplace (4h)

6 https://sites.google.com/a/uf

ps.edu.co/control- automatico/home/archivos-para-descargar

Base de datos (Science direct, SCOPUS, ACM, Mendeley, etc.)

http://biblioteca.ufps.edu.co/i ndex.php/biblioteca-virtual/suscripcion

2

Unidad 3 - REPRESENTA CION Y RESPUESTA DINÁMICA DE SISTEMAS DE CONTROL

• Representaci ón de Sistemas a través de Diagramas de Bloque. • Diagramas de

flujo de señal. • Regla de

Mason. • Representaci

ón genérica de sistemas de control por

Clase Magistral: representación de los sistemas de control (2h)

Clase Magistral: Análisis dinámico de los

sistemas de control. (2h)

Laboratorio 3: RLTOOL y representación de sistemas de control. (4h)

Laboratorio 4: Análisis de la

12 Guías y artículos de investigación como refuerzo extracurricular (2h) Taller de refuerzo como trabajo independiente extracurricular 3: Desarrollar ejercicios planteados diagrama de bloques (4h) Taller de refuerzo como

12 https://sites.google.com/a/uf

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diagramas de bloques • Análisis de los

sistemas de control. Respuesta Transitoria de Sistemas Continuos de Primer y Segundo Orden. (4h) trabajo independiente extracurricular 4: Desarrollar ejercicios planteados comportamient

o de los sistemas (4h)

Unidad 4 - PROPIEDADES BASICAS DE SISTEMAS REALIMENTAD OS

• Rechazo de perturbacione s, sensibilidad y

rastreamiento dinámico. • Precisión. • Estabilidad:

definiciones, • Criterio de

Routh - Hurwitz • Método del

lugar de las Raíces. • Criterio de

Nyquist. Clase Magistral: Propiedades básicas (2h) Clase Magistral: Métodos de análisis y estudio de los

sistemas de control con respecto a estabilidad (2h)

Laboratorio 5: Análisis de la Respuesta en Estado Estable de los Sistemas

de Control Continuo Lineal. (4h) Laboratorio 6: Lugar geométrico de las raíces LGR,

Criterio de Nyquist, margen

de ganancia y fase. (4h)

12 Guías y artículos de investigación como refuerzo extracurricular (2h) Taller de refuerzo como trabajo independiente extracurricular 5: Desarrollar ejercicios planteados comportamient

o Lugar de las raices (4h)

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Unidad 5 – ESTRUCTURA S DE CONTROLADO RES Y METODOS DE SINTONIZACIO N DE PROYECTOS.

• Controlador proporcional. • Controlador

proporcional - integral. • Controlador

proporcional - integral - derivativo. • Métodos de

sintonización de

controladores PID

• Controladores de avance y atraso de fase. Clase Magistral: Conceptos básicos (2h) Clase Magistral: Métodos de sintonización (2h) Clase Magistral: Controladores

de avanzo y atraso (2h) Laboratorio 7: Diseño y sintonización de controladores PID (4h) Laboratorio 8: Diseño y sintonización de controladores

12 Guías y artículos de investigación como refuerzo extracurricular (4h) Taller de refuerzo como trabajo independiente extracurricular 6: Desarrollar ejercicios planteados PID (4h)

8 https://sites.google.com/a/uf

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avance y atraso (2h)

Unidad 6 – PROYECTO POR EL METODO DE LUGAR DE LAS RAICES

• Proyecto de controladores por el método de lugar de las Raíces. • Ejemplos

Clase Magistral: proyecto de controladores

(2h)

2 Guías y

artículos de investigación como refuerzo extracurricular

(2h)

2 https://sites.google.com/a/uf

ps.edu.co/control- automatico/home/archivos-para-descargar

Base de datos (Science direct, SCOPUS, ACM, Mendeley, etc.)

http://biblioteca.ufps.edu.co/i ndex.php/biblioteca-virtual/suscripcion

2

Unidad 7 – PROYECTO EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA

• Márgenes de fase y de ganancia. • Proyecto de

controladores usando la respuesta en frecuencia

Clase Magistral: proyecto de controladores

(2h)

2 Guías y

artículos de investigación como refuerzo extracurricular

(2h)

2 https://sites.google.com/a/uf

ps.edu.co/control- automatico/home/archivos-para-descargar

Base de datos (Science direct, SCOPUS, ACM, Mendeley, etc.)

http://biblioteca.ufps.edu.co/i ndex.php/biblioteca-virtual/suscripcion

2

Unidad 8 DESCRIPCION DE LAS VARIABLES DE ESTADO DE LOS SISTEMAS EN TIEMPO CONTINUO

• Introducción • Representaci ón de estados de los sistemas • Controlabilida

d y

Observabilida d

• Proyectos de controladores en variables de estado

Clase Magistral: proyecto de controladores

(2h)

2 Guías y

artículos de investigación como refuerzo extracurricular

(2h)

2 https://sites.google.com/a/uf

ps.edu.co/control- automatico/home/archivos-para-descargar

Base de datos (Science direct, SCOPUS, ACM, Mendeley, etc.)

http://biblioteca.ufps.edu.co/i ndex.php/biblioteca-virtual/suscripcion

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8. APORTES DE LA MATERIA A LA FORMACIÓN INVESTIGATIVA Y A LA PROYECCIÓN SOCIAL

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estrategias de indagación sistemática, apropiando los valores de la investigación: conocimiento del campo de trabajo, continuidad, crítica, rigor, compromiso con el problema, capacidad de constituir equipo y de trabajar solidariamente.

La investigación formativa como tal, sigue las mismas pautas metodológicas y se orienta por los mismos valores académicos de la investigación en sentido estricto, pero no exige un reconocimiento por parte de la comunidad académica de la novedad de los conocimientos producidos y admite niveles diferentes de exigencia según se trate de las tareas de largo plazo asumidas por los estudiantes, de un trabajo de grado o del estudio sistemático de un determinado problema. A través de la investigación formativa la profesión es objeto de reflexión sistemática por parte de los docentes, sobre la base de vinculación entre teoría y experiencia.

La inclusión del criterio de investigación como medio y parte comprehensiva del currículo de Ingeniería Electromecánica, surge fundamentalmente de la necesidad de formar profesionales críticos y creativos que puedan contribuir eficazmente en la transformación y avance científico y tecnológico del país.

La Universidad Francisco de Paula Santander entiende como PROYECCIÓN SOCIAL: “la gestión que la universidad y más específicamente el programa

académico hace para dar al servicio de la comunidad los saberes que administra y produce”.

Entre los principios rectores y los objetivos de la Universidad Francisco de Paula Santander, se muestran los fuertes lazos de relación y ayuda con su comunidad, estos objetivos se encuentran enmarcados en el Proyecto Educativo Institucional (PEI)

9. ENFOQUE EVALUATIVO Y ESTRATEGIAS DE EVALUACIÓN DEL CURSO

Son estrategias para el seguimiento del alumno como herramientas diagnosticas al proceso educativo impartido durante el curso.

Evaluaciones Parciales: Se han establecido 2 (dos) evaluaciones parciales

según estatuto estudiantil UFPS acuerdo 065 de 1996. Unidades 1a a la 3a para el primer previo escrito (23,3%). Las unidades 4a a la 7a para el segundo previo escrito (23,3%)

Evaluación tercera nota: Establecido por la media aritmética de los laboratorios

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Examen Final: Prueba escrita (30%) fundamentada con todos los temas desde

la unidad 1a hasta la 8a del contenido programático de la asignatura.

10. RECURSOS

Video Beam, Salón AG101, Internet, website, Software específico (MATLAB), Laboratorio de Automatización y control LE101

.

11. BIBLIOGRAFÍA Y CIBERGRAFÍA.

La siguiente bibliografía se encuentra disponible para préstamo: BIBLIOTECA EDUARDO COTE LAMUS

Ogata, Katsuhiko. INGENIERÍA DE CONTROL MODERNA - 4 ed. - Madrid:

Pearson Educación, 2003. - 965 p.

Ogata, Katsuhiko PROBLEMAS DE INGENIERÍA DE CONTROL:

UTILIZANDO MATLAB/ - Madrid: Prentice-Hall, ISBN: 8483220466, 1999. – 359p.

Kuo C, Benjamin .SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO - 7 ed. - México:

Prentice - Hall, ISBN: 9688807230,1996. - 897 p.

Acedo S, José. CONTROL AVANZADO DE PROCESOS: TEORÍA Y

PRÁCTICA/ - Madrid: Diaz de Santos, 2003. - 579 p.

Raven, Francis H. INGENIERIA DEL CONTROL AUTOMATICO - Mexico:

Centro regional de ayuda tecnica, 1972. - 406 p.

López N. Tomás. AUTOMATISMO Y CONTROL - Barcelona: Gustavo gil, s.

a, 1969. - 370 p.

Garcia A. Guillermo. SISTEMAS DE CONTROL Y AUTOMATICA -

Bucaramanga: Universidad industrial de santander, uis, 1975. - 620 p.

Salazar Jorge E. TEORIA DE CONTROL - san José de Cúcuta universidad

francisco de paula santander 1980 - 72 p

Universidad Francisco de Paula Santander. PROYECTO EDUCATIVO

INSTITUCIONAL PEI, 2007.

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Referencia: web site del curso control automático 1090713

URL: http://sites.google.com/a/ufps.edu.co/control-automatico

Referencia: Braslavsky, Julio. “Un primer curso de control automático”

URL: http://www.csd.newcastle.edu.au/SpanishPages/index.html

Referencia: Conexions. “Material educacional” URL: http://cnx.org/content/m12963/latest/

Referencia: Control Tutorials for matlab

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