Plan de estudios de la Especialización en Ingeniería Mecatrónica

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Av. Eloy Cavazos 2001, Col. Tolteca, C.P.67170

Cd. Guadalupe, N.L. Tels. y Fax. 8157 0500 -81570505, Facebook: Difusión Itnl, Twitter: @TECNL

www.itnl.edu.mx Básica I 48-20-100-168-6 Básica II 48-20-100-168-6 Seminario I 16-20-100-136-4 Estancia Optativa I 48-20-100-168-6 Optativa II 48-20-100-168-6 Seminario II 16-20-100-136-4 Tesina 0-800-0-800-20

Semestre I

Semestre II

Plan de estudios de la Especialización en Ingeniería Mecatrónica

Para las materias optativas ver Subsección 3.3.3 Las materias de Seminario I , II y Tesina son obligatorias

La estancia se realiza en el segundo semestre de la especialización con una duración recomendada de tres meses Créditos: 22

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Área en Ingeniería Mecatrónica

En la presente área del conocimiento se incluyen los Planes de estudio de Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecatrónica, Maestría en Ingeniería Mecatrónica, Especialización en Ingeniería Mecatrónica y Especialización

en Diseño Mecatrónico.

Las siguientes líneas de trabajo o investigación son soportadas por el conjunto de asignaturas que se presenta a continuación:

a) Automatización

b) Sistemas térmicos y mecánicos c) Sistemas Optomecatrónicos

d) Robótica y conversión de la energía e) Conversión de la energía

f) Robótica y automatización procesos

g) Diseño y manufactura de sistemas mecánicos h) Diseño de circuitos de control para sistemas

automatizados

i) Automatización de procesos

j) Sistemas mecatrónicos en manufactura

Asignaturas básicas 1. MECÁNICA BÁSICA 2. MATEMÁTICAS 3. FUNDAMENTOS DE MECATRÓNICA 4. ELECTRÓNICA BÁSICA 5. COMPUTACIÓN BÁSICA Asignaturas optativas

1. TEMAS SELECTOS DE INGENIERÍA MECATRÓNICA I 2. TEMAS SELECTOS DE INGENIERÍA MECATRÓNICA II 3. TÓPICOS AVANZADOS DE INGENIERÍA MECATRÓNICA 4. INSTRUMENTACIÓN Y DISEÑO DE INTERFASES 5. SISTEMAS DE AUTÓMATAS

6. MANUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA 7. DISEÑO DE SISTEMAS MECATRÓNICOS

8. MÁQUINAS ELÉCTRICAS

9. IDENTIFICACIÓN Y SIMULACIÓN DE SISTEMAS MECATRÓNICOS

10. CONTROL DE PROCESOS 11. PROTOTIPOS MECATRÓNICOS

12. LABORATORIO VIRTUAL DE PROCESOS

13. SUPERVISIÓN Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL 14. CONTROL ADAPTABLE

15. DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA 16. SENSORES Y ACTUADORES INTELIGENTES 17. TRANSFERENCIA DE CALOR

18. CONTROL INTELIGENTE DE SISTEMAS MECATRÓNICOS

19. ANÁLISIS Y PROCESAMIENTO DE IMÁGENES

20. TEMAS SELECTOS DE INGENIERÍA MECATRÓNICA III 21. SISTEMAS DINÁMICOS

22. DISEÑO DE SISTEMAS INCRUSTADOS 23. DISEÑO MECÁNICO

24. CONTROL DIGITAL DE SISTEMAS 25. AUTOTRÓNICA I 26. AUTOTRÓNICA II 27. SOFTWARE EMBEBIDO 28. DIAGNÓSTICO DE FALLAS 29. CELDAS DE COMBUSTIBLE 30. ELECTRÓNICA DE POTENCIA 31. ROBÓTICA 32. OPTOMECATRÓNICA 33. OPTOELECTRÓNICA

34. INTRODUCCIÓN AL CONTROL NO LINEAL DE SISTEMAS

35. ANÁLISIS DE SISTEMAS MECATRÓNICOS MEDIANTE ELEMENTO FINITO

36. INTRODUCCIÓN A SISTEMAS MICRO-ELECTROMECÁNICOS

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ASIGNATURAS BÁSICAS

MECÁNICA BÁSICA

Objetivo

Desarrollar las competencias básicas en el conocimiento de la mecánica para diseñar sistemas mecatrónicos de forma sinérgica entre las diferentes ingenierías. Contenido sintético • Introducción a la mecánica • Estática • Propiedades geométricas • Mecánica de materiales

• Dinámica de cuerpos rígidos

• Ley generalizada de Hooke

• Mecanismos

• Introducción a la dinámica de sistemas elásticos

• Introducción al diseño mecánico

• Análisis de vibraciones

ELECTRÓNICA BÁSICA Objetivo

Desarrollar competencias básicas en el conocimiento de la electrónica para diseñar sistemas mecatrónicos de forma sinérgica entre las diferentes ingenierías.

Contenido sintético

• Introducción

• Conceptos fundamentales

• Redes resistivas lineales

• Fuentes dependientes

• Amplificadores operacionales

• Capacitancia e inductancia

• Procesos de conducción eléctrica

• Circuitos con diodos

• La física de la electrónica de los transistores

• Circuitos amplificadores con transistores

• Circuitos y modelos de señal pequeña

• Circuitos digitales y aplicaciones

• Ruido

• Conversión analógica digital

• Sistemas de numeración

• Lógica secuencial

• Técnicas de modulación

COMPUTACIÓN BÁSICA Objetivo

Desarrollar competencias básicas en el conocimiento de la computación para diseñar sistemas mecatrónicos de forma sinérgica entre las diferentes ingenierías

• Introducción a los lenguajes de programación y

sistemas operativos

• Programación de microcontroladores

• Programación en C, C++ y Java

• Programación gráfica

• Programación WEB y herramientas de desarrollo

• Interfaces gráficas hombre máquina

• Desarrollo de aplicaciones

MATEMÁTICAS Objetivo

Desarrollar competencias matemáticas que le den una formación para comprender los aspectos matemáticos asociados a su formación en ingeniería mecatrónica. Contenido sintético • Variable compleja • Funciones y relaciones • Matrices • Análisis vectorial • Análisis de Fourier

• Sistemas de ecuaciones diferenciales

• Transformada de Laplace

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COORDINACIÓN SECTORIAL ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN ÁREA EN INGENIERÍA MECATRÓNICA

FUNDAMENTOS DE MECATRÓNICA Objetivo

Entender lo que es un sistema desde el punto de vista mecatrónica y estar familiarizado con la terminología asociada, filosofía, sinergia e integración de las diferentes ingenierías, Usar los conceptos básicos de teoría de control en tiempo continuo y en el tiempo discreto para analizar sistemas y diseñar compensadores para controlar el comportamiento de dichos sistemas según especificaciones

• Fundamentos de mecatrónica

• Actuadores

• Introducción a la optomecatrónica

• Introducción a la ingeniería de control

• Modelado de procesos físicos

• Respuesta de sistemas continuos en el dominio

del tiempo

• Representación de procesos físicos en variables

de estado

• Conversión de datos y cuantificación

• Discretización de procesos físicos

• Representación de procesos físicos discretos en

variables de estado

• Estabilidad

• Diseño de controladores PID discretos

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ASIGNATURAS ESPECÍFICAS

TEMAS SELECTOS EN INGENIERÍA MECATRÓNICA I Objetivo

Proporcionar al alumno el conocimiento especializado del estado del arte en Ingeniería Mecatrónica necesario para el desarrollo de su investigación.

• De acuerdo al estado del arte.

TEMAS SELECTOS EN INGENIERÍA MECATRÓNICA II Objetivo

TEMAS SELECTOS EN INGENIERÍA MECATRÓNICA III Objetivo

TÓPICOS AVANZADOS DE INGENIERÍA MECATRÓNICA Objetivo

CONTROL INTELIGENTE DE SISTEMAS MECATRÓNICOS

Objetivo

Desarrollar en el alumno la habilidad para aplicar la teoría y los algoritmos computacionales de la inteligencia artificial (control difuso, control neuronal, control neurodifuso y algoritmos genéticos) en la solución de problemas industriales.

Analizar y estudiar las propiedades y conceptos de los sistemas dinámicos variantes e invariantes en el tiempo, así como las herramientas y metodologías matemáticas disponibles con el fin de sentar las bases sobre conocimientos mínimos para poder abordar los diferentes resultados que sobre la literatura existan relacionados con sistemas. Establecer mediante el concepto de estado las diferentes metodologías del diseño, así como la realización del análisis matemático y computacional, que permita observar las características del comportamiento dinámico de los sistemas.

Contenido sintético

• Espacios y operadores lineales

• Análisis de sistemas

• Análisis del concepto de espacio de estado y

sistemas continuos

• Solución de ecuaciones de estado

• Controlabilidad y observabilidad de ecuaciones

dinámicas lineales

• Estabilidad de los sistemas

• Retroalimentación de estado y estimadores de

estado

DISEÑO DE SISTEMAS INCRUSTADOS Objetivo

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Conocer y seleccionar las tarjetas para el desarrollo de proyectos basados en sistemas embebidos en hardware. Proponer estrategias para el modelado basado en las diversas características de los sistemas mecatrónicos involucrados. Adicionalmente, dar una introducción a los sistemas operativos y lenguajes de programación y su impacto en la arquitectura.

• Introducción

• Elementos de sistemas embebidos

• Interfaces

• Herramientas de desarrollo

• Tiempo real

DISEÑO MECÁNICO Objetivo

Adquirir los conocimientos y habilidades que le permitan aplicar conocimientos sobre diseño de máquinas, de manera que pueda seleccionar y combinar los elementos necesarios para sintetizar y optimizar una máquina, en un marco sustentable y apropiado para mejorar el rendimiento del operador.

• Dibujo técnico

• Diseño en ingeniería mecánica

• Materaiales y sus propiedades

• Tribología

• Uniones permanentes, construcción, ejemplos y

cálculos

• Uniones temporales, construcción, ejemplos y

cálculos

• Elementos flexibles, construcción, ejemplos y

cálculos

• Embragues y frenos, construcción, ejemplos y

cálculos

• Cojinetes

• Ejes

• Transmisiones mecánicas

INSTRUMENTACIÓN Y DISEÑO DE INTERFACES

SISTEMAS DE AUTÓMATAS Objetivo

Dar al alumno el conocimiento sobre automatismos aplicados en la industria, sus diferentes elementos, la teoría del modelado de los mismos y así como las estrategias de control utilizadas.

• Procesos industriales

• Sistemas de medición

• Programación para controladores discretos

• Programación orientada a objetos

• Manejo de bases de datos

MANUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA Objetivo

Proporcionar al alumno los conocimientos necesarios y las herramientas adecuadas para que comprenda la Manufactura Integrada por Computadora, su aplicación y pueda llevar a cabo la generación de un diseño a fin de aplicar los conocimientos de Diseño Asistido por Computadora, Control Numérico, Manufactura Asistida por Computadora y Robótica en la automatización de un proceso productivo.

• Introducción a los métodos de manufactura

• Generalidades de una celda de manufactura

• Características y operación de los elementos de

la celda de manufactura

• Desarrollo de una aplicación de producción

DESARROLLO DE SISTEMAS MECATRÓNICOS Objetivo

Proporcionar los conocimientos para que el alumno analice y diseñe diferentes elementos mecánicos utilizados en la construcción de maquinaria, equipo y sistemas mecatrónicos.

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• Concentración de esfuerzos • Resistencia a la fatiga • Diseño de ejes • Engranes rectos • Rodamientos • Transmisiones flexibles

• Diseño de tornillos sujetadores y de potencia

• Diseño de soldaduras

MÁQUINAS ELÉCTRICAS Objetivo

Estudiar y modelar las diversas máquinas eléctricas rotativas de corriente directa y alterna. Mostrar las características de las máquinas y sus respectivos efectos electromagnéticos. Considerar el modelado mediante la descripción de sus elementos en estado estacionario.

• Máquinas de CD

• Control retroalimentado

• Máquinas de CA

• Control de motores de inducción

• Motores síncronos de PM

• Motor sincrónico trapezoidal de FCEM

CONTROL DIGITAL DE SISTEMAS Objetivo

Analizar y estudiar las propiedades y conceptos de los sistemas lineales variantes e invariantes discretos en el tiempo, así como las herramientas y metodologías matemáticas disponibles para el análisis, diseño y simulación de controladores digitales. Estudiar las propiedades cualitativas como la estabilidad, controlabilidad y obserbavilidad de los sistemas discretos.

• Sistemas de tiempo discreto y transformadas

• Sistemas de tiempo discreto en lazo abierto y

cerrado

• Análisis de estabilidad

• Diseño de controladores digitales

• Asignación de polo y estimación de estado

AUTOTRÓNICA Objetivo

Conocer estrategias de diseño mecatrónico en el sector de la industria automotriz, aplicando las capacidades adquiridas específicas para el control de vehículos automotores mediante elementos mecánicos, electrónicos y de computo.

• Introducción

• Transmisión de datos multiplexados y

computadoras

• Sistemas de seguridad y confort

• Motores de combustión y su instrumentación

• Sistemas de frenos, suspensión y dirección

• Sistemas de transmisión

AEROTRÓNICA Objetivo

Desarrollar las habilidades para la aplicación de la mecatrónica dentro del entorno aeronáutico, conjuntados los conocimientos y las técnicas de diseño de aeronaves. Contenido sintético • Introducción • Materiales aeroespaciales • Aerodinámica • Dinámica de vuelo • Propulsión de aeronaves • Instrumentación de vuelo SOFTWARE EMBEBIDO Objetivo

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Identificar las diferentes arquitecturas de hardware y software para sistemas embebidos, seleccionar la arquitectura adecuada para una aplicación particular, conocer los principios de programación de sistemas embebidos, conocer las fases de desarrollo del software sobre sistemas embebidos incluyendo las diferentes etapas del ciclo de vida de un proyecto SW: especificaciones, diseño, implementación, depuración y prueba.

• Introducción y conceptos básicos

• Programación de bajo nivel

• Interrupciones

• Estudios de las arquitecturas de software

• Tópicos de sistemas embebidos

• Fases de ciclo de vida de un proyecto de

software embebido

IDENTIFICACIÓN Y SIMULACIÓN DE SISTEMAS MECATRÓNICAS

Objetivo

-Contenido sintético

• Principios de modelado y simulación

• Modelado y simulación de sistemas mixtos

• Sistemas multipuerto y grafos de unión

• Modelos de sistemas

• Ecuaciones de espacio de estado y simulación

automatizada

• Análisis de sistemas lineales

CONTROL DE PROCESOS Objetivo

Proporcionar al alumno una introducción al modelado, la simulación y el control de procesos industriales.

• Modelos matemáticos de procesos industriales

• Simulación por computadora

• Dinámica y control en el dominio del tiempo

• Dinámica y control en el dominio de Laplace

• Dinámica y control en el dominio de la

frecuencia

• Procesos multivariables

DIAGNÓSTICO DE FALLAS Objetivo

Proporcionar la teoría de base para la comprensión y aplicación de los principales esquemas de diagnóstico de fallas, tanto en el área de control automático como en la de inteligencia artificial

• Introducción

• Diagnóstico, inteligencia artificial y control

automático • Generación de residuos • Evaluación de residuos • Decisión CELDAS DE COMBUSTIBLE Objetivo

Conocer y aplicar los principales fundamentos electroquímicos y de termodinámica para el diseño, uso y aplicaciones de celdas de combustible.

• Introducción

• Conceptos de electroquímica y termodinámica

aplicados al estudios de celdas de combustible tipo PEM

• Modelado de un apilamiento de celdas de

combustible

• Modelado de un sistema de celdas de

combustibles

• Control de un sistema de celdas de combustible

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ELECTRÓNICA DE POTENCIA Objetivo

Conocer las bases de dispositivos semiconductores de potencia, topologías o circuitos de conversión de energía (Conversión CA/CD, CD/CD, CD/CA y CA/CA) y los esquemas de control necesarios en las aplicaciones más importantes de los convertidores electrónicos de potencia.

• Introducción

• Dispositivos semiconductores de potencia

• Rectificadores controlados y no controlados

• Convertidores CD-CD

• Reguladores de voltaje de CA

• Convertidores CD/CA

• Control de máquinas eléctricas

• Otras aplicaciones de la electrónica de Potencia

PROTOTIPOS MECATRÓNICOS Objetivo

Proporcionar a los estudiantes las herramientas y metodologías de diseño para desarrollar prototipos virtuales mecatrónicos y validar su funcionamiento mediante análisis cinemáticos y dinámicos.

• Análisis cinemático de prototipos virtuales

• Análisis dinámico de prototipos virtuales

• Introducción a la dinámica de sistemas elásticos

• Diseño mecatrónico

• Aplicaciones de control en prototipos virtuales

• Simulación de prototipos virtuales – mecatrónicos

LABORATORIO VIRTUAL DE PROCESOS Objetivo

Simular procesos industriales reales apoyándose en un software (ASPEN) que permite construir plantas completas con el rigor de las áreas fundamentales de

los procesos: termodinámica, cinética, operaciones unitarias, fenómenos de transporte y control.

• Introducción

• Simulación en estado estable

• Reactores y equipos de proceso

• Módulos de destilación

• Análisis de sensibilidad

• Simulación en estado dinámico

• Simulación y control de procesos

SUPERVISIÓN Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL Objetivo

Impartir los conocimientos metodológicos, técnicos y normativos para diseñar e implantar un sistema de automatización con base en controladores de lógica programable (PLC).

• Introducción

• Arquitectura del PLC

• Lenguajes de programación

• conceptos para la automatización

• Controladores PLC de seguridad

• Aplicación del PLC en sistemas

• Prácticas diversas

CONTROL ADAPTABLE Objetivo

Proporcionar los elementos de base para la comprensión y aplicación de los controles que modifican su comportamiento en respuesta a cambios en la dinámica del proceso y a las características de las perturbaciones.

• Introducción

• Estimación de parámetros en tiempo real

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• Reguladores estocásticos y predictivos

autosintonizables

• Sistemas adaptables con modelo de referencia

• Autosintonización

• Ganancias programadas

• Aspectos prácticos e implementación

ROBÓTICA Objetivo

El alumno será capaz de: 1). Conocer los conceptos básicos relacionados con robótica. 2). Realizar análisis cinemático (directo e inverso) de cuerpos en el espacio. 3). Realizar análisis dinámico de

articulaciones. 4). Controlar el movimiento de articulaciones.

• Introducción

• Representación espacial de objetos

• Cinemática directa e inversa

• Cinemática de la velocidad

• Análisis dinámico

• Planificación de trayectorias

• Control independiente de articulaciones

• Control de fuerza

OPTOMECATRÓNICA Objetivo

Conocer cada uno de los elementos mecánicos, electrónicos, ópticos y áreas afines que conforman un sistema optomecatrónico y sus aplicaciones.

• Introducción

• Elementos optomecánicos y dispositivos ópticos

• Sistema de control optomecatrónico

• Sistema y proceso optomecatrónico

OPTOELECTRÓNICA

Objetivo

Proveer un entendimiento básico de la teoría onda-partícula de la luz en diseños de dispositivos

semiconductores y sus aplicaciones como

Optoelectrónica. Contenido sintético • Introducción • Fuentes ópticas • Láser • Fibra óptica • Sensores optoelectrónicos

INTRODUCCIÓN AL CONTROL NO LINEAL DE SISTEMAS

Objetivo

El objetivo del curso es el de presentar los resultados fundamentales actuales, desde un punto de vista práctico, en el campo del control no lineal. Además se utilizarán modelos multivariables en los que el control difiere del tradicional SISO.

• Consideraciones generales

• Análisis de sistemas no lineales

• Estabilidad de los sistemas no lineales

• Control de sistemas no lineales

ANÁLISIS DE SISTEMAS MECATRÓNICOS MEDIANTE ELEMENTO

Objetivo

Proporcionar al alumno las herramientas necesarias para que pueda utilizar software comercial de elemento finito o construir programas de elemento finito, para la solución de problemas en el área de mecatrónica.

• Preliminares matemáticos para FEM

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• Leyes de balance

• Introducción al MEF

• Metodología de MEF

• Cambio de fase, fusión y solidificación

• Aplicaciones

DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA Objetivo

Desarrollar en el alumno la habilidad requerida para representar gráficamente componentes y ensambles mediante el diseño asistido por computadora, para desarrollar los dibujos de trabajo para la manufactura y montaje de productos mecatrónicos.

• El dibujo y diseño en ingeniería

• Proyección de vistas múltiples

• Vistas de sección • Vistas auxiliares • Dimensionamiento y tolerancias • Dibujos de trabajo • Elementos mecánicos • Complementos de CAD

• Introducción a la manufactura asistida por

computadora (CAM)

SENSORES Y ACTUADORES INTELIGENTES Objetivo

Analizar microscópica, además, de conocer las propiedades de los materiales disponibles para la fabricación, tecnologías de microfabricación, y la comprensión de los problemas de los circuitos y sistemas y diseñar sensores basados en la tecnología MEMS, utilizando los principios de sensado y actuación a escala, empaquetado, calibración y pruebas. Contenido sintético • Materiales inteligentes • Sensores inteligentes • Actuadores no convencionales • Displays táctiles • Sensores táctiles

• Elementos, sensores y medidora

TRANSFERENCIA DE CALOR Objetivo

Que los alumnos adquieran los conocimientos sobre la transferencia de calor, de tal forma que lo apliquen en los proyectos de investigación.

• Introducción a los mecanismos básicos de

transferencia de calor

• Conducción

• Convección

• Transferencia de calor con cambio de fase,

radiación

• Intercambiadores de calor

INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS MICROELECTRÓNICOS

Objetivo

El Objetivo de esta materia es que el alumno comprenda las bondades y generalidades de los MEMS mediante el estudio de esta tecnología y a través de utilizar simulaciones y análisis de elementos finito de sistemas MEMS.

• Introducción a la MEMs

• Materiales

• Diseño, modelado y simulación de MEMs

• Técnicas de encapsulado y empaquetado

• Entendimiento de la tecnología y sus aplicaciones