PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización
ASIGNATURA: Teoría de Control III SEMESTRE: Séptimo
OBJETIVO GENERAL:
El alumno diseñará, mediante la técnica del espacio de estado, sistemas lineales de control por retroalimentación. Así mismo, utilizará los conceptos básicos de control óptimo, para la optimización del desempeño de los sistemas de control.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I. Introducción al Control Moderno. II. Controlabilidad y Observabilidad. III. Compensación y Observadores. IV. Introducción al control Óptimo.
METODOLOGÍA:
Búsqueda documental por el alumno
Análisis y discusión de temas consultados, con la guía del profesor
Participación activa de los alumnos en la solución de problemas en clase y extra clase.
Exposición por parte del profesor y del alumno empleando: presentaciones en power point, acetatos, rotafolios, etc.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
Se evaluará con tres exámenes departamentales, primer examen unidades: I y II, segundo: examen unidades III, tercer examen: unidad IV. La calificación de la teoría será el promedio de los tres exámenes departamentales con un peso de 30%, las participaciones del alumno serán el 10% de la calificación y las investigaciones y tareas tendrán un peso de 10%. En total la evaluación teórica será del 50%. Además cada alumno elaborará y entregará un reporte por práctica de laboratorio efectuada y el promedio de las calificaciones obtenidas tendrá un peso del 50%. La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría y en el laboratorio. Siempre y cuando, ambas sean aprobatorias.
BIBLIOGRAFÍA:
Domínguez, Sergio; Campoy, Pascual; Sebastián, José María y Jiménez, Agustín. Control en el Espacio de Estado, Ed. Prentice Hall, Madrid 2002, Primera Edición, 291 pp.
Kuo, Benjamín C. Sistemas Automáticos de Control; Ed. Prentice Hall, México 1996, Septima Edición, 845 pp.
Eronini Umez-Eronini; Dinámica de Sistemas y Control; Ed. Thomas Learning, México 2001, Primera Edición, 993 pp.
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización
OPCIÓN:
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en Control y Automatización
ASIGNATURA: Teoría de Control III
SEMESTRE: Séptimo
CLAVE:
CRÉDITOS: 9.0
VIGENTE 2006
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica
MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS./SEMANA / TEORÍA: 3.0 HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 3.0 HRS./TOTALES / SEMANA: 6.0
HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54 HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 54
HRS./TOTALES: 108
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO:
POR: Academia de Control y Automatización
REVISADO POR: Subdirección Académica.
APROBADO Por: Consejo Técnico Consultivo Escolar de la ESIME Zacatenco
M. en C. Jesús Reyes García
ASIGNATURA: Teoría de Control III CLAVE: HOJA: 2 DE 8
FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA
Hoy en día la técnica del espacio de estado se utiliza cada vez más como la herramienta analítica por excelencia para el análisis y diseño de sistemas, por lo que un ingeniero que desconozca el uso y manejo de ésta, estará en franca desventaja respecto al que si la conoce. Por lo tanto, el contenido de este curso es de gran importancia en la formación del Ingeniero en Control y Automatización, ya que le permitirá analizar y diseñar sistemas de control multivariables en forma rápida y eficiente, además de que podrá adentrarse a técnicas de control avanzado tal como Control Óptimo, el cual le ayudará a optimizar el desempeño dinámico de los sistemas de control.
Las asignaturas antecedentes son: Variable Compleja y Transformadas de Fourier y Z, Análisis Numérico, Fundamentos de Programación, Modelado de Sistemas, Teoría del Control I, Teoría del Control II, Fundamentos de Algebra.
Las asignaturas consecuentes son: Control de Procesos I, Control Avanzado I (optativa), Manipuladores Industriales I (optativa)
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
ASIGNATURA: Teoría de Control III CLAVE: HOJA: 3 DE 8
No. UNIDAD: I NOMBRE: Introducción al Control Moderno.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diferenciará entre el control clásico y el control moderno. Aplicará los métodos analíticos de la teoría del control y la técnica del espacio de estado para el análisis de los sistemas multivariables.
HORAS No.
TEMA TEMAS T P EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1.1
1.1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Introducción al control moderno (espacio de estado).
Diferencias entre el control clásico y el control moderno
Eigenvalores y eigenvectores.
Transformaciones de similitud.
Diagonalización.
Formas canónicas.
Matriz de transición.
Solución del modelo de estado.
1.0
1.5
1.0
1.0
1.5
2.0
4.0 1.5
1.5
1.5
4.5
7.5 1.0
2.0
2.0
1B, 2C. 3B, 4B, 5C
1B, 2C. 3B, 5C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Descripción por parte de los alumnos de los conceptos más relevantes empleados para el control moderno
Búsqueda de temas por parte de los alumnos Aplicación de conceptos en la solución de ejercicios
Solución de ejercicios de aplicación práctica con el uso de la computadora digital Entrega de tareas y trabajos propuestos por el profesor.
Realización de prácticas en laboratorio
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen escrito de las unidades I y II con un valor del 30% Participación en clase con un valor del 10%
ASIGNATURA: Teoría de Control III CLAVE: HOJA: 4 DE 8
No. UNIDAD: II NOMBRE: Controlabilidad y Observabilidad.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará los conceptos de observabilidad y controlabilidad en los sistemas lineales de control, como base para la compensación de sistemas mediante retroalimentación de estados.
HORAS No.
TEMA TEMAS T P EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA 2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
Concepto de controlabilidad.
Teorema de controlabilidad.
Condiciones para la controlabilidad en los sistemas dinámicos.
Controlabilidad en sistemas transformados.
Concepto de observabilidad.
Teorema de observabilidad.
Condiciones para la observabilidad en los sistemas dinámicos.
Observabilidad en sistemas transformados.
Dualidad entre la controlabilidad y la observabilidad.
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0 1.5 2.0
2.0
1B, 2C. 3B, 4B, 5C
1B, 2C. 3B, 5C
1B, 2C. 3B, 4B, 5C
1B, 2C. 3B, 5C
1B, 2C. 3B, 4B, 5C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Solución de ejercicios por parte de los alumnos en el salón de clase.
Exposición de los temas por el profesor y los alumnos con el auxilio de la computadora digital. Realización de prácticas de laboratorio
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen escrito de las unidades I y II con un valor del 30% Participación en clase con un valor del 10%
ASIGNATURA: Teoría de Control III CLAVE: HOJA: 5 DE 8
No. UNIDAD: III NOMBRE: Compensación y Observadores
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará sistemas de control por retroalimentación de estados y sistemas seguidores en el control de procesos utilizando diversos métodos analíticos
HORAS No.
TEMA TEMAS T P EC BIBLIOGRÁFICA CLAVE
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
Diferencia entre control por retroalimentación de la salida y retroalimentación de estados.
Métodos analíticos para el diseño de la ley de control por retroalimentación de estados (Bass-Gura, Ackerman, etc.)
La necesidad del uso de un observador.
Estructura y diseño de observadores de orden completo.
Estructura y diseño de observadores de orden reducido.
Compensación de sistemas – Principio de separación.
Selección de la dinámica de un observador.
Diseño de compensadores con observadores de orden completo y con observadores de orden reducido.
Diseño de sistemas seguidores.
1.0
2.0
1.0
2.0
2.0
2.0
1.0
2.0
2.0 4.5
3.0
4.5
3.0
3.0
7.5 1.0
1.0
2.0
2.0
1B, 2C. 3B, 4B, 5C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda documental de algunos temas por parte del alumno
Solución de ejercicios que permitan al alumno diseñar sistemas seguidores Realización de prácticas en laboratorio
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen escrito de la unidad III con un valor del 30% Participación en clase con un valor del 10%
ASIGNATURA: Teoría de Control III CLAVE: HOJA: 6 DE 8
No. UNIDAD: IV NOMBRE: Introducción al Control Optimo
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará los conceptos del control óptimo en sistemas de control en donde sea indispensable optimizar su desempeño. Dando solución a problemas mediante la elaboración de programas, para posteriormente realizar su simulación y análisis correspondiente
HORAS No.
TEMA TEMAS T P EC BIBLIOGRÁFICA CLAVE
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3
4.6 4.6.1 4.6.2 4.6.3
Importancia y necesidad del control óptimo.
Índices de desempeño.
Bases de optimización sin restricciones.
Bases de optimización con restricciones.
Solución al problema de control óptimo. Cálculo de variaciones.
Método del Hamiltoniano.
Principio del maximo de Pontryagin.
El regulador lineal cuadrático óptimo. Ecuación de Riccatti.
Solución de la ecuación de Riccatti.
Regulación de sistemas usando el regulador lineal cuadrático óptimo
1.0
1.0
2.0
3.0
7.0
4.0 6.0
4.5 3.0
3.0
2C. 3B, 4B, 5C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda bibliográfica de temas sobre control óptimo
Solución de ejercicios que permitan al alumno comprender la aplicación del control óptimo Solución de ejercicios de aplicación práctica con el uso de la computadora digital
Tareas y trabajos propuestos por el profesor. Realización de prácticas en laboratorio.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen escrito de la unidad IV con un valor del 30% Participación en clase con un valor del 10%
ASIGNATURA: Teoría de Control III CLAVE: HOJA: 7 DE 8
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
Práctica
No. NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN [Horas] REALIZACIÓN LUGAR DE
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Elaboración de un programa digital para el manejo del algebra matricial.
Solución de la matriz de transición de estado por medio de la computadora digital.
Solución y análisis de sistemas multivariables en espacio de estado, usando la computadora digital.
Compensación de sistemas multivariables usando retroalimentación de estados.
Simulación y análisis de observadores de estado (dinámica, error, estructura).
Compensación de sistemas usando el principio de separación, usando la computadora digital.
Simulación y análisis de sistemas seguidores.
Elaboración de un programa en la computadora digital para la solución de la ecuación de Riccatti para la optimización de la ley de control de sistemas.
Simulación y análisis de un sistema de control óptimo, usando la computadora digital.
I
I
I
II y III
III
III
III
IV
IV
4.5
4.5
7.5
6.0
7.5
6.0
7.5
6.0
4.5
Todas las prácticas se realizarán en el
ASIGNATURA: Teoría de Control III CLAVE: HOJA: 8 DE 8
PERIODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
1º
2º
3º
I y II
III
IV
Evaluación con tres exámenes departamentales (30%), la participación del alumno en clase (10%), tareas y trabajos extra clase (10%). En total la teoría tendrá un peso del 50%.
Cada alumno elaborará y entregará un reporte técnico por práctica de laboratorio efectuada, y el promedio de las calificaciones obtenidas tendrá un peso del 50%.
La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría y en el laboratorio. Siempre y cuando, ambas sean aprobatorias.
CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA
1
2
3
4
5
X
X
X
X
X
Domínguez, Sergio; Campoy, Pascual; Sebastián, José María y Jiménez, Agustín. Control en el Espacio de Estado, Ed. Prentice Hall, Madrid 2002, Primera Edición, 291 pp.
Kuo, Benjamín C. Sistemas Automáticos de Control; Ed. Prentice Hall, México 1996, Septima Edición, 845 pp.
Eronini Umez-Eronini; Dinámica de Sistemas y Control; Ed. Thomas Learning, México 2001, Primera Edición, 993 pp. Friedland, Bernard. Control System Design. Ed. Mc. Graw-Hill, E.U. 1987, Segunda Edición, 295 pp.
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización SEMESTRE Séptimo
ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM.
ACADEMIA: Control y Automatización ASIGNATURA: Teoría de Control III
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO
REQUERIDO: Ingeniero en Control, Ingeniero Electricista. Con posgrado en área afín con la carrera.
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
El alumno diseñará, mediante la técnica del espacio de estado, sistemas lineales de control por retroalimentación. Así mismo, utilizará los conceptos básicos de control óptimo, para la optimización del desempeño de los sistemas de control.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA
PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES
• Controlabilidad • Observabilidad • Indices de
funcionamiento • Optimizacion de
sistemas
• Observadores de orden reducido • Filtros de Kalman • Robustez de
sistemas
• Investigador de carrera a nivel maestría o
doctorado con
especialidad en control. • Sistemas multivariables.
• Comunicación • Establecimientos de
climas favorables al aprendizaje
• Transferencia del conocimiento teórico a la solución de problemas • Análisis y síntesis • Para motivar al
autoestudio, el razonamiento y la investigación • Manejo de grupos. • Comprensión y
manejo de conceptos a diferentes niveles de abstracción.
• Critica
fundamentada • Respeto • Tolerancia
• Compromiso con la docencia
• Etica
• Responsabilidad • Científica • Colaboración • Superación docente
y profesional. • Adaptable al
cambio.
• Compromiso social
ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ
Ing. Luis Enrique Murillo Yañez
Presidente de Academia Ing. Guillermo Santillán Guevara Subdirector Académico M. en C. Jesús Reyes García Director
