Área de Ciencias en Ingeniería Mecatrónica

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Área de Ciencias 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 y Especialización en Ingeniería Mecatrónica.

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. SISTEMAS DINÁMICOS

21. DISEÑO DE SISTEMAS INCRUSTADOS 22. DISEÑO MECÁNICO

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

33. INTRODUCCIÓN AL CONTROL NO LINEAL DE SISTEMAS

34. ANÁLISIS DE SISTEMAS MECATRÓNICOS MEDIANTE ELEMENTO FINITO

35. INTRODUCCIÓN A SISTEMAS MICRO-ELECTROMECÁNICOS

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ASIGNATURAS BÁSICAS

MECÁNICA BÁSICA Objetivo general

Desarrollar las competencias básicas en el conocimiento de la mecánica para diseñar sistemas mecatrónicos de forma sinérgica entre las diferentes ingenierías. Contenido temático Introducción a la mecánica Estática Propiedades geométricas Mecánica de materiales Dinámica de cuerpos rígidos Ley generalizda de Hooke Mecanismos

Introducción a la dinámica de sistemas elásticos Introducción al diseño mecánico

Análisis de vibraciones ELECTRÓNICA BÁSICA Objetivo general

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 general

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

Contenido sintético

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 Inferfaces gráficas hombre máquina

Desarrollo de aplicaciones MATEMÁTICAS

Objetivo general

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

Tópicos

FUNDAMENTOS DE MECATRÓNICA Objetivo general

Entender lo que es un sistema desde el punto de vista mecatrónica y estar familizado con la terminología asociada, filosofía, sinergia e

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integración de las diferentes ingenierías, Usar los conceptos básicos de teoría de control en tiempo contínuo 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 contínuos 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

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ASIGNATURAS ESPECÍFICAS

TEMAS SELECTOS EN INGENIERÍA MECATRÓNICA I Objetivo general

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

De acuerdo al estado del arte.

TEMAS SELECTOS EN INGENIERÍA MECATRÓNICA II Objetivo general

TÓPICOS AVANZADOS DE INGENIERÍA MECATRÓNICA Objetivo general

CONTROL INTELIGENTE DE SISTEMAS MECATRÓNICOS Objetivo general

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.

Espacios y operadores lineales Análisis de sistemas

Análisis del concepto de espacio de estado y sistemas contínuos

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 general

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. Contenido sintético

Introducción

Elementos de sistemas embebidos Interfaces

Herramientas de desarrollo Tiempo real

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DISEÑO MECÁNICO Objetivo general -

Contenido sintético 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 general

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. Contenido sintético

Procesos industriales Sistemas de medición

Programación para controladores discretos Programación orientada a objetos

Manejo de bases de datos

MANUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA Objetivo general

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 general

Proporcionar los conocimientos para que el alumno analice y diseñe diferentes elementos

mecánicos utilizados en la construcción de maquinaria, equipo y sistemas mecatrónicos.

Contenido sintético 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 general

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. Contenido sintético

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

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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 general

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.

Contenido sintético 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 general

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 general

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. Contenido sintético

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 general -

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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 general

Proporcionar al alumno una introducción al modelado, la simulación y el

control de procesos industriales. Contenido sintético

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 general

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 Contenido sintético

Introducción

Diagnóstico, inteligencia artificial y control automático Generación de residuos Evaluación de residuos Decisión CELDAS DE COMBUSTIBLE Objetivo general - Contenido sintético 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 ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Objetivo general

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.

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 general

Proporcionar a los estudiantes las herramientas y metodologías de diseño

para desarrollar prototipos virtuales mecatrónicos y validar su funcionamiento

mediante análisis cinemáticos y dinámicos. Contenido sintético

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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 general

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. Contenido sintético

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 general

Impartir los conocimientos metodológicos, técnicos y normativos para

diseñar e implantar un sistema de automatización con base en controladores de

lógica programable (PLC). Contenido sintético

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 general

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.

Estimación de parámetros en tiempo real Reguladores determinísticos autosintonizables Reguladores estocásticos y predictivos

autosintonizables

Sistemas adaptables con modelo de referencia Autosintonización

Ganancias programadas

Aspectos prácticos e implementación ROBÓTICA

Objetivo general

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. Contenido sintético

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

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Objetivo general

Conocer cada uno de los elementos mecánicos, electrónicos,

ópticos y áreas afines que conforman un sistema optomecatrónico y sus

aplicaciones. Contenido sintético

Introducción

Elementos optomecánicos y dispositivos ópticos Sistema de control optomecatrónico

Sistema y proceso optomecatrónico OPTOELECTRÓNICA

Objetivo general

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 Laser Fibra óptica Sensores optoelectrónicos

INTRODUCCIÓN AL CONTROL NO LINEAL DE SISTEMAS Objetivo general

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. Contenido sintético

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 general

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 Leyes de balance

Introducción al MEF Metodología de MEF

Cambio de fase, fusión y solidificación Aplicaciones

DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA Objetivo general

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. Contenido sintético

E

l dibujo y diseño en ingeniería Proyección de vistas múltiples Vistas de sección

Vistas auxiliares

Dimensionamiento y tolerancias Dibujos de trabajo

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Complementos de CAD

Introducción a la manufactura asistida por computadora (CAM)

SENSORES Y ACTUADORES INTELIGENTES Objetivo general

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

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 general

El objetivo general 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 optomecatrónica