UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA COORDINACIÓN DE FORMACIÓN BÁSICA COORDINACIÓN DE FORMACIÓN PROFESIONAL Y VINCULACIÓN UNIVERSITARIA

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(1)UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA COORDINACIÓN DE FORMACIÓN BÁSICA COORDINACIÓN DE FORMACIÓN PROFESIONAL Y VINCULACIÓN UNIVERSITARIA PROGRAMA DE UNIDAD DE APRENDIZAJE. I. DATOS DE IDE TIFICACIÓ. 1. Unidad Académica (s):. FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS E INGENIERIA. 2. Programa (s) de estudio: (Técnico, Licenciatura (s). 4. Nombre de la Asignatura. 6. HC: 2. INGENIERO EN ELECTRONICA. MODELADO Y CONTROL. 3. Vigencia del plan: 2009-2. 5. Clave ___11688______. HL__2___ HT__2__ HPC_____ HCL_____ HE _2_ CR_8____. 7. Ciclo Escolar:. 2013-1. 9. Carácter de la Asignatura:. 8. Etapa de formación a la que pertenece: ___DISCIPLINARIA_____________________ Obligatoria ___X________. Optativa ____________. 10. Requisitos para cursar la asignatura: SEÑALES Y SISTEMAS. Formuló:. Fecha:. M.C LAURA JIMENEZ BERISTAIN. NOVIEMBRE 2011. Vo. Bo. ____ACADEMIA DE ELECTRONICA________. Cargo: ___________________________________.

(2) II. PROPÓSITO GE ERAL DEL CURSO El curso de modelado y control proporciona herramientas teóricas-prácticas para el análisis de sistemas dinámicos, con el fin de desarrollar sistemas de control lineal y/o mejorar el desempeño de estos, lo cual impacta a los procesos controlados, reflejándose en mejoras en sus tiempos de producción, consumo de energía, márgenes de error, etc. Las herramientas teóricas proporcionadas en el curso, le permiten al estudiante realizar análisis y mejoramiento de la respuesta de sistemas dinámicos en lazo cerrado / retroalimentado, mediante el uso de la técnica del lugar geométrico de las raíces. Así también se contempla un enfoque introductorio al espacio de estados, el cual se empleará con mayor profundidad en el curso de control avanzado. Dicho programa de unidad de aprendizaje (PUA) se cursa en el quinto semestre del plan de estudios 2009-2 y para desarrollarla satisfactoriamente el alumno necesita haber aprobado el curso de Señales y Sistemas además de los conocimientos de Electrónica analógica y se sugiere estar cursando la materia de Diseño analógico.. III. COMPETE CIA (S) DEL CURSO Aplicar técnicas de modelado matemático y gráfico en sistemas de control lineal, mediante el uso de herramientas de análisis de sistemas lineales invariantes en el tiempo para verificar la estabilidad y lograr un desempeño adecuado de los mismos, que permita tomar decisiones en las técnicas adecuadas sobre el proceso a controlar, con una actitud analítica y responsable.. IV. EVIDE CIA (S) DE DESEMPEÑO Realiza un estudio de sistemas dinámicos, e identifica los parámetros y variables de entrada-salida del mismo. Diseña controladores para sistemas dinámicos considerando su región lineal. Realiza análisis de estabilidad del sistema-controlador. Emplea herramientas computacionales para evaluar teóricamente el desempeño del sistema-controlador. Implementa o integra sistemas a fin de evaluar prácticamente el desempeño del sistema-controlador. Redacta reportes técnicos, evidenciando los resultados obtenidos..

(3) V. DESARROLLO POR U IDADES Competencia. Conocer la terminología y aspectos generales utilizados en el área de control para describir la dinámica de los sistemas, usando modelos matemáticos tales como ecuaciones diferenciales, espacio de estados y función de transferencia, para validar a los sistemas físicos, en forma analítica y eficiente.. Contenido UNIDAD 1. INTRODUCCION 1.1 Introducción a los sistemas de control 1.2 Conceptos básicos 1.2.1 Sistema lineal invariante en el tiempo (SLIT) 1.2.2 Variables de entrada, de salida, condiciones iniciales y de perturbación en un sistema 1.2.3 Sistemas formados por subsistemas 1.2.4 Sistemas en lazo abierto y en retroalimentación 1.2.5 Clasificación de los sistemas de control 1.2.6 Etapas en la realización de un sistema de control 1.3 Sistemas y modelos matemáticos 1.3.1 Modelos en el dominio del tiempo: Ecuaciones diferenciales y espacio de estados 1.3.2 Modelos en el dominio de la frecuencia: Función de transferencia 1.3.3 Conversión entre modelos 1.3.4 Diagramas de bloques 1.3.5 Gráficas de flujo de señal. Fórmula de Mason. 1.3.6 Ejemplos de sistemas físicos: Eléctricos, mecánicos, térmicos, hidráulicos. 1.4 Linealización. Duración 18 horas.

(4) V. DESARROLLO POR UNIDADES Competencia de la unidad. Analizar la respuesta transitoria y en estado estable a partir de la selección de la señal de entrada y determinar la estabilidad de los sistemas dinámicos mediante las técnicas de control lineal utilizadas para modificar la respuesta de los sistemas realimentados de control continuo de manera analítica y organizada. Contenido UNIDAD 2. ANÁLISIS DE LA RESPUESTA DE SISTEMAS LINEALES INVARIANTES EN EL TIEMPO 2.1 Respuesta libre y forzada 2.1.1 Régimen transitorio y estado estable 2.1.2 Respuesta de sistemas de primer y segundo orden 2.1.3 Especificaciones de la respuesta transitoria y error en estado estable. 2.2 Retroalimentación 2.2.1 Objetivo, propiedades y características de sistemas retroalimentados 2.2.2 Sistemas realimentados de control continuo 2.2.3 Estabilidad de sistemas realimentados 2.3 Respuesta estable 2.3.1 Respuesta estable, marginalmente estable, inestable 2.3.2 Determinación de la estabilidad absoluta y relativa. 2.3.3 Criterio de Routh-Hurwitz. Duración 20 horas.

(5) V. DESARROLLO POR UNIDADES Competencia de la unidad. Diseñar compensadores que modifiquen la respuesta y estabilidad de sistemas lineales invariantes en el tiempo, mediante la técnica del lugar geométrico de las raíces para que a partir de la trayectoria de las raíces al variar la ganancia del lazo de control se modifique la respuesta de los sistemas realimentados de manera eficiente y con sentido de planeación de proyectos. Contenido UNIDAD 3. DISEÑO DE COMPENSADORES: LUGAR GEOMETRICO DE LAS RAICES 3.1 Modificación y estabilidad de la respuesta mediante la adición de ceros y polos al sistema 3.1.1 Acciones básicas de control: proporcional (P), derivativa (D) e Integral (I). 3.1.2 Efectos cualitativos de acciones de control P, D e I, sobre la respuesta y desempeño del sistema. 3.1.3 Introducción a técnicas de diseño: Lugar geométrico de las raíces (LGR). 3.2 Reglas generales para el trazado del lugar geométrico de las raíces 3.3 Modificación de la respuesta en régimen transitorio y en estado estable 3.3.1 Ajustando un parámetro / ganancia del sistema 3.4 Etapas en la implementación de un sistema de control. 3.4.1 Modelado del sistema. 3.4.2 Estudio de realizabilidad. 3.4.3 Instrumentación: Sensores y transductores. 3.4.4 Actuadores 3.4.5 Circuitos de potencia. 3.4.6 Controladores y comparadores analógicos.. Duración 18 horas.

(6) V.. ESTRUCTURA DE LAS PRÁCTICAS (Laboratorio). No. de Práctica. Competencia(s). 1. MODELADO DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA Emplear las funciones básicas de la plataforma computacional para la simulación de sistemas lineales continuos con línea de comandos para modelar al caso de estudio de un motor de corriente continua, útiles en el análisis y diseño de sistemas de control.. 2. Descripción. Material de Apoyo. Duración (Horas). Estudiar el principio físico del motor de corriente directa para obtener las ecuaciones diferenciales que describen su comportamiento dinámico para que apoyados con los diagramas de bloques y la transformada de Laplace determine su función de transferencia.. Software de simulación Tutorial sintetizado del software utilizado.. 2. MODELADO DE SISTEMAS NO LINEALES: PÉNDULO SIMPLE. Emplear las funciones básicas de la plataforma computacional para la simulación de sistemas lineales y no lineales, haciendo uso de una interfaz gráfica basada en diagramas de bloques para modelar y simular el caso de estudio del sistema no lineal de un péndulo simple con el fin de compararlo con un modelo linealizado en diferentes puntos de equilibrio.. Estudiar el principio físico del péndulo simple para obtener las ecuaciones diferenciales no lineales que describen su comportamiento dinámico para que apoyados con los diagramas de bloques y la descomposición de estados permita compararlo con un modelo linealizado en diferentes puntos de equilibrio.. Software de simulación Tutorial sintetizado del software utilizado.. 2. 3. IDENTIFICACION TEMPORAL DE SISTEMAS CONTINUOS. Obtener los parámetros de un modelo a través de la respuesta temporal de un sistema ante una entrada escalón para identificar de forma experimental las funciones de transferencia de los sistemas de primer y/o segundo orden. Notar las características cualitativas de la respuesta de un sistema ante una etapa de control en cascada y retroalimentada.. Software de simulación Tutorial sintetizado del software utilizado.. 2. 4. EFECTOS EN LA RESPUESTA DE UN SISTEMA LINEAL INVARIANTE CON EL. Obtener y caracterizar prácticamente el modelo dinámico. Software de simulación. 2.

(7) TIEMPO AL AUMENTAR SU GANANCIA PROPORCIONAL. Simular a sistemas de control con perturbaciones utilizando las herramientas de Simulink y Matlab para analizar el efecto producido por la ganancia proporcional Kp al aumentar su valor en un lazo de control.. de un sistema eléctrico. Comparar el modelo práctico con el teórico. Identificar las etapas en un lazo de control proporcional.. Tutorial sintetizado del software utilizado. Resistencias, capacitores, amplificadores operacionales, generador y osciloscopio.. 5. LUGAR GEOMÉTRICO DE LAS RAICES Probar y evaluar compensadores Analizar el desplazamiento de los polos de un diseñados mediante la técnica del sistema mediante el LGR, debido a la lugar geométrico de las raíces. variación de la ganancia de dicho sistema.. Software de simulación Tutorial sintetizado del software utilizado.. 2. 6. SERVOMECANISMO Analizar el comportamiento de un servomecanismo de posición mediante la utilización de funciones específicas de un software de simulación. Identificar las etapas en un lazo de control para el caso de estudio de un servomecanismo.. Software de simulación Tutorial sintetizado del software utilizado.. 2. 7. MEDICIÓN Y CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA Determinar los parámetros de un motor de corriente directa para diseñar diversos lazos de control de retroalimentación.. Realizar ensayos en el laboratorio que conduzcan a obtener los valores prácticos de los parámetros de un motor de corriente directa.. Motor de corriente continua, elementos pasivos y activos electrónicos. Medidor LCD, multímetro, equipo de laboratorio.. 2. Circuitos integrados TTL, contadores, motor de corriente continua, encoder incremental u optointerruptores, resistencias, leds, fuente de alimentación y osciloscopio.. 2. 8. 9. SENSOR DE POSICIÓN POR DETECCIÓN DE PULSOS: ENCODER INCREMENTAL. DISEÑO DE CIRCUITOS PREAMPLIFICADOR Y AMPLIFICADOR DE POTENCIA. 2.

(8) 10. 11. CONFIGURACIONES TIPICAS DE ELEMENTOS DE CONTROL ANALÓGICO. Construcción física de los elementos de control basada en circuitos electrónicos, generalmente amplificadores operacionales y la consideración de aspectos prácticos para su construcción. IMPLEMENTACIÓN DE UN LAZO DE CONTROL DE POSICION Y/O VELOCIDAD PARA UN MOTOR DE C.D. Evaluar configuraciones típicas de circuitos electrónicos que forman parte de un lazo de control analógico.. Elementos pasivos y activos electrónicos. Fuente de alimentación, generador y osciloscopio. 2. Elementos pasivos y activos electrónicos, motor de c.c., sensores. Fuente de alimentación, generador y osciloscopio.. 2.

(9) V. ESTRUCTURA DE LAS PRÁCTICAS (Taller) No. de Práctica. Competencia(s). Descripción. Material de Apoyo. Duración. 1. Identificar los elementos que Realiza ejercicios donde se abstraigan a Material gráfico o 30 forman parte de un sistema. los sistemas. presentación de casos minutos cotidianos.. 2. Distinguir a los sistemas en Clasifica a diferentes sistemas en lazo Acetatos lazo abierto y en lazo cerrado. abierto y en lazo cerrado, reconociendo el presentación elemento de retroalimentación. multimedia ejemplos.. 3. Emplear las funciones básicas de la plataforma computacional para la simulación de sistemas lineales continuos con línea de comandos; revisar las variables y expresiones algebraicas, números complejos, vectores y matrices, polinomios, gráficas, modelos dinámicos con función de transferencia, álgebra de bloques y respuesta temporal. Aprender el uso de herramientas computacionales para la simulación de sistemas lineales continuos. Identifica los comandos necesarios en el paquete de simulación, el entorno de programación y el lenguaje de simulación orientado a bloques para los sistemas dinámicos.. Computadora personal con Software de simulación Tutorial sintetizado del software utilizado.. 2 horas. 4. Emplear las funciones básicas de la plataforma computacional para la simulación de sistemas no lineales con la finalidad de compararlo con un sistema linealizado, haciendo uso de una interfaz gráfica basada en diagramas de bloques que permita la configuración de los bloques y las condiciones de simulación.. Aprender el uso de herramientas computacionales para la simulación de sistemas dinámicos no lineales basada en diagramas de bloques con el fin de compararlo con un modelo linealizado en diferentes puntos de equilibrio. Identifica las zonas lineales y no lineales en las respuestas de los sistemas.. Computadora personal con Software de simulación. Tutorial sintetizado del software utilizado.. 2 horas. o 30 minutos de.

(10) 5. Identificar a las señales de Planteamiento del problema. Computadora personal 1 hora entrada y salida en un sistema. Identifica a las señales de entrada para con el programa de obtener sus respectivas señales de salida. simulación: Matlab. Programa modelos que representan a sistemas al Matlab.. 6. Subdividir a los sistemas en Clasifica a los elementos de un sistema y Pizarrón subsistemas hasta reconocer divide en subsistemas y a su vez en los componentes que forman elementos de subsistema. parte del mismo.. 7. Construir modelos utilizando Utiliza en forma metódica los principios de Utilización de material 2 a los principios de la física. la física para obtener modelos. casero para realizar horas prototipos donde muestren su creatividad.. 8. Aplicar el concepto de espacio Resuelve ejercicios utilizando el concepto Pizarrón de estados en la obtención de de espacio de estados modelos.. 9. DINAMICA DE LAS ECUACIONES DE ESTADO. Representar y obtener la respuesta de sistemas dinámicos en el espacio de estados, mediante el uso de herramientas computacionales para simulación de sistemas dinámicos. 10. 1 hora Utilizar técnicas matemáticas Soluciona ejercicios con Transformada de Pizarrón. empleando la transformada de Laplace para obtener funciones de Computadora personal Laplace para obtener funciones transferencia. con el programa de. Representar en espacio estados a los sistemas dinámicos y graficar su respuesta mediante software de simulación.. 30 minutos. 1 hora. Software de simulación 2 horas Tutorial sintetizado del software utilizado.. 3.

(11) de transferencia.. simulación: Matlab.. 11. Identificar las estructuras Planteamiento del problema. Igual que el anterior. donde se aplique la Soluciona ejercicios empleando el álgebra simplificación a bloques. a bloques.. 1 hora. 12. Obtener una función transferencia a partir gráficos de flujo de señal.. de Planteamiento del problema. Igual que el anterior. de Soluciona ejercicios empleando la regla de Mason.. 1 hora. 13. Trasladar la representación de Soluciona ejercicios para cambiar a una Igual que el anterior. función de transferencia a función de transferencia a un espacio de espacio de estados y estados. viceversa.. 1 hora. 14. SINTONIZACIÓN O AJUSTE Ajustar las ganancias de un controlador Software de simulación 2 horas DE UN CONTROLADOR PID Proporcional Integral Derivativo (PID) Tutorial sintetizado del software utilizado. Sintonizar un controlador basada en métodos prácticos Proporcional-Integral-Derivativo (PID), mediante los métodos de Ziegler-Nichols y Harriot..

(12) VII. METODOLOGÍA DE TRABAJO Por parte del profesor: • Exposición oral y planteamiento de ejemplos en pizarrón, seguida de sesión de preguntas y planteamiento de tarea. • Uso de herramientas didácticas complementarias: presentaciones en computadora, software de simulación. • Actividades de laboratorio para la resolución de ejercicios prácticos. • Aclaraciones de ejercicios elaborados en extraclase. • Propuestas de trabajos investigativos complementarios al curso. • Apuntes docentes y ejercicios de taller. Por parte del alumno: • Realización de lecturas previas a los temas y ejercicios extraclase. • Realización de tareas obligatorias que deberán entregarse en la fecha estipulada. • Simulaciones empleando herramientas computacionales. • Desarrollo de trabajos investigativos complementarios al curso.. VIII. CRITERIOS DE EVALUACIÓN Aprobar todos los exámenes escritos: Ponderación sobre la calificación final  40% • Cada examen contempla teoría y problemas. • Incluye cuestiones relacionadas a los temas, ejercicios y tareas planteadas. • Calificación aprobatoria mínima es 7 Tareas y trabajos investigativos: Ponderación sobre la calificación final  20% Trabajos documentales y prácticos: Ponderación sobre la calificación final  20% Elaboración de practicas y reporte de laboratorio: Ponderación sobre la calificación final  20% • Formato de entrega debe incluir hoja de presentación, nombre, objetivo, introducción, desarrollo, conclusiones y bibliografía. • Los cálculos y figuras incluidas deben estar organizadas limpia y detalladamente. • Calificación aprobatoria mínima del laboratorio es 7 La calificación final es la sumatoria de los valores ponderados enunciados. El profesor podrá hacer uso del artículo 68 con fines de evaluación y deberá de notificar al alumno sobre la aplicación de los artículos 70, 71, 72 y 73 del estatuto escolar..

(13) Artículo 68. Los profesores evaluarán de forma permanente el grado de aprendizaje de los alumnos, por la apreciación de los conocimientos y aptitudes adquiridos en el curso, su participación durante el desarrollo del mismo, y el desempeño en los ejercicios, prácticas, trabajos y los exámenes parciales realizados, que en este último caso, no podrán ser en número inferior a dos en cada periodo escolar. Si el profesor considera suficientes estos elementos, exentará al alumno del examen ordinario. Artículo 70. Tendrán derecho a presentar examen ordinario, los alumnos que habiendo cursado la unidad de aprendizaje con 80% o mas de asistencias en clases impartidas, no hayan quedado exentos del examen, de acuerdo con lo dispuesto en el artículo 68. Artículo 71. Tendrán derecho a examen extraordinario los alumnos que no presentaron examen ordinario o que habiéndolo presentado no obtuvieron una calificación aprobatoria, siempre que hayan cursado la unidad de aprendizaje con 40% o mas de asistencia en clases impartidas. Artículo 72. El examen de regularización solo podrá presentarse tras haber cursado, por segunda ocasión, la unidad de aprendizaje respectiva y no haber aprobado, no presentado o perdido el derecho a presentar el examen ordinario y extraordinario correspondiente. No se podrá sustentar mas de un examen de regularización por unidad de aprendizaje, ni excederse de diez exámenes durante el curso del plan de estudios del programa respectivo. Artículo 73. Cuando el alumno así lo solicite y lo autorice la unidad académica, el resultado del examen de regularización podrá obtenerse a través de la evaluación permanente que haga el profesor asignado con ese propósito. En este caso, el alumno deberá llevar una carga académica reducida, la cual será autorizada por el tutor..

(14) IX. BIBLIOGRAFÍA Básica. Complementaria. Control systems:theory and implementation Kumarawadu, Sisil Alpha Science International. 2010 ISBN 1842656058 Modern control systems Alfaomega ISBN 9701510984 Ingeniería de control moderna Quinta edición Pearson Prentice Hall, 2010 ISBN: 9788483226605 Dinámica de sistemas y control Primera Edición Thomson Learning ISBN: 970-686-041-x. Sistemas de Control en Ingeniería Yang Primera Edición Prentice Hall ISBN: 84-8322-124-1. Paul H. Lewis & Chang. Dorf, Richard C.. Katsuhiko Ogata. Eronini-Umez-Eronini. Sistemas de control continuos y discretos Primera edición Mc Graw Hill ISBN: 970104674-9. Mecatrónica: Cuarta Edición Alfaomega, 2010 ISBN: 9786077854326. John Dorsey. Bolton. W.. Introducción a los sistemas de control: conceptos, aplicaciones y Manuales del fabricante: Equipo en el laboratorio y hojas de datos simulación con Matlab. de material electrónico. Hernández Garavito, Ricardo. Prentice Hall, 2010 Tutoriales del hardware y software utilizados en el laboratorio. ISBN: 9786074428421.

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