![]() Ministerio de Cultura y Educación Universidad Nacional de San Luis Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias Departamento: Ingeniería Área: Electrónica |
| I - Oferta Académica | ||||||||||
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| II - Equipo Docente | ||||||||||||||||
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| III - Características del Curso | |||||||||||||||||||||||||||||||
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| IV - Fundamentación |
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El curso de Sistemas de Control representa una instancia integradora en el cuarto año de Ingeniería Electrónica, donde convergen el análisis matemático y la aplicación tecnológica. Su propósito central es desarrollar en el estudiante la competencia para modelar, analizar y controlar sistemas físicos, aplicando tanto la teoría de control clásica como la moderna (espacio de estados). A través del estudio en los dominios temporal y frecuencial, el alumno adquiere la capacidad de evaluar la estabilidad y el desempeño de sistemas, proponiendo soluciones de diseño que cumplan con estándares de ingeniería. La metodología de enseñanza vincula estrechamente los conceptos teóricos con la práctica profesional mediante el uso de software de ingeniería para simulación, fomentando un aprendizaje activo donde la ejercitación práctica y el laboratorio validan los modelos teóricos estudiados. |
| V - Objetivos / Resultados de Aprendizaje |
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Objetivos: Que el estudiante logre modelar matemáticamente la dinámica de sistemas físicos, analizar su estabilidad y desempeño tanto en régimen transitorio como estacionario, y diseñar estrategias de control (clásicas y modernas) que garanticen el cumplimiento de especificaciones técnicas preestablecidas.
Resultados de aprendizaje: Al finalizar el curso, el estudiante será capaz de; Comprender los fundamentos de los sistemas realimentados y reconocer su impacto en diversas aplicaciones de la ingeniería moderna. Modelar matemáticamente sistemas físicos de distinta naturaleza (eléctricos, mecánicos e hidráulicos), identificando sus variables de estado y funciones de transferencia. Analizar la dinámica y estabilidad de los sistemas, abordando la complejidad particular de modelos no lineales, con énfasis en aplicaciones de Electrónica de Potencia. Diseñar controladores y compensadores que permitan modificar el comportamiento natural de un sistema para satisfacer requisitos de desempeño (tiempo de respuesta, sobrepaso, error en estado estable). Aplicar técnicas de síntesis de control clásico y moderno en la resolución de problemas concretos en áreas como electrónica de potencia, instrumentación y comunicaciones. |
| VI - Contenidos |
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Unidad N° 1: “Introducción”
Sistema de control Componentes de un sistema de control Ejemplos de sistemas de control Sistemas de control en lazo abierto Sistemas de control en lazo cerrado Diseño y compensación de sistemas de control Unidad N° 2: “Modelado matemático de sistemas” Función de transferencia y de respuesta impulso Sistemas de control automáticos Modelado en el espacio de estados Representación en el espacio de estados de sistemas de ecuaciones diferenciales escalares Linealización de modelos matemáticos no lineales Modelado matemático de sistemas eléctricos Modelado matemático de sistemas mecánicos Modelado matemático de sistemas de fluidos y sistemas térmicos Unidad N° 3: “Análisis transitorio y en estado estacionario” Sistemas de primer orden Sistemas de segundo orden Sistemas de orden superior Criterio de estabilidad de Routh Efectos de las acciones de control integral y derivativa en el comportamiento del sistema Errores en estado estacionario en los sistemas de control con realimentación unitaria Unidad N° 4: “Análisis y diseño de sistemas de control por el método del lugar geométrico” Gráficas del lugar de las raíces Lugar de las raíces de sistemas con realimentación positiva Diseño de sistemas de control mediante el método del lugar de las raíces Compensación de adelanto Compensación de retardo Compensación de retardo-adelanto Compensación paralela Unidad N° 5: “Análisis y diseño de sistemas de control por el método de la respuesta en frecuencia” Diagramas de Bode Criterio de estabilidad de Nyquist Análisis de estabilidad y estabilidad relativa Respuesta en frecuencia en lazo cerrado de sistemas con realimentación unitaria Determinación experimental de funciones de transferencia Diseño de sistemas de control por el método de la respuesta en frecuencia Compensación de adelanto Compensación de retardo Compensación de retardo-adelanto Unidad N° 6: “Controladores PID y controladores PID modificados” Reglas de Ziegler-Nichols para la sintonía de controladores PID Diseño de controladores PID mediante el método de respuesta en frecuencia Diseño de controladores PID mediante el método de optimización computacional Modificaciones de los esquemas de control PID Control con dos grados de libertad Método de asignación de ceros para mejorar las características de respuesta Unidad N° 7: “Análisis de sistemas de control en el espacio de estados” Representaciones en el espacio de estados de sistemas definidos por su función de transferencia Solución de la ecuación de estado invariante con el tiempo Controlabilidad Observabilidad Unidad N° 8: “Diseño de sistemas de control en el espacio de estados” Asignación de polos Diseño de servosistemas Observadores de estado Diseño de sistemas reguladores con observadores Diseño de sistemas de control con observadores Sistema regulador óptimo cuadrático Sistemas de control robusto |
| VII - Plan de Trabajos Prácticos |
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TP1 – Introducción a los sistemas de control. TP2 – Diagramas en bloque, modelado matemático, análisis de respuesta transitoria de sistemas físicos y error en estado estable. TP3– Lugar geométrico de las raíces. TP4 – Diseño de sistemas de control en el domino del tiempo. TP5 – Diseño de sistemas de control en el domino de la frecuencia. TP6 – Diseño de sistemas de control en variable de estados. Los trabajos prácticos antes mencionados serán elaborados en grupos de 2 o 3 estudiantes y aplicados sobre los siguientes sistemas físicos: 1. Motor de corriente continua. 2. Levitador magnético. 3. Convertidor DC-DC buck. 4. Convertidor DC-DC boost. La asignatura promueve el desarrollo de competencias de comunicación técnica. Por ello, los trabajos prácticos no solo requieren la resolución de problemas y simulación, sino también la presentación de un informe en formato PDF bajo estándares profesionales definidos por la cátedra. Como cierre de la actividad, el estudiante deberá defender su trabajo mediante dos exposiciones orales, una sobre modelado y análisis y otra sobre diseño de controladores. En esta instancia se valorará la capacidad de síntesis, la oratoria, el uso de vocabulario técnico y la presencia profesional. Es requisito excluyente el respeto por los tiempos asignados: 15 minutos de exposición y 5 minutos de debate, simulando las restricciones de una presentación de proyecto real. |
| VIII - Regimen de Aprobación |
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A - METODOLOGÍA DE DICTADO DEL CURSO:
El dictado del curso será presencial, se prevé una clase teórica y una clase práctica semanal, donde esta última podrá ser de práctica de aula o laboratorio dependiendo de los contenidos del programa a dictarse en cada semana en particular. Los contenidos teóricos y prácticos serán puestos a disposición de los estudiantes a través de la plataforma Google Classroom provista por la UNSL. B - CONDICIONES PARA REGULARIZAR EL CURSO Para alcanzar la condición de Alumno Regular, los estudiantes deberán satisfacer los siguientes requisitos: Asistencia: Cumplimentar un mínimo del 80% de asistencia a las clases teóricas y prácticas áulicas. Trabajo Práctico integrador: Presentación y aprobación del 100% de las actividades prácticas propuestas por la cátedra. La nota mínima de aprobación para cada instancia de presentación e informe será de 70 puntos (o su equivalente porcentual). Evaluaciones Parciales: Aprobar una evaluación parcial teórica-práctica con una calificación igual o superior a 50 puntos en primera instancia, y de 60 puntos o superior en la 1er instancia de recuperación. Para acceder al segundo recuperatorio que se tomará al final del cuatrimestre, se deberá haber aprobado el Trabajo práctico integrador en todas sus instancias, y la nota para su aprobación debe ser 60 puntos o superior. C – RÉGIMEN DE APROBACIÓN CON EXÁMEN FINAL El examen final para estudiantes regulares consistirá en una evaluación oral sobre los contenidos teóricos de la asignatura. La selección de temas se realizará al azar al momento del examen. Para garantizar un dominio integral de la materia, la evaluación se estructurará en torno a dos ejes centrales: Análisis y Diseño de control. El estudiante sorteará tres (3) temas, desarrollándose el examen de la siguiente manera: Distribución Temática: Tema 1 (Análisis): Referido a las Unidades 1, 2, 3, 4, 5 y 7. Tema 2 (Diseño): Referido a las Unidades 4, 5, 6 y 8. Tema 3 (Defensa/Validación): Instancia complementaria sujeta al desempeño en los temas anteriores. Criterios de Aprobación: Aprobación Directa: Si el estudiante demuestra un dominio superior al 60% de los conceptos mínimos tanto en el Tema 1 como en el Tema 2, el examen se considerará aprobado. Instancia de Defensa (Tema 3): Si el estudiante aprueba un tema, pero en el otro demuestra un conocimiento parcial (entre 30% y 50%), deberá exponer el Tema 3. Este tema estará específicamente relacionado con el área donde presentó falencias, brindando una oportunidad para ratificar conocimientos y alcanzar la nota de aprobación. • Reprobación Directa: Se considerará desaprobado el examen si el estudiante manifiesta desconocimiento total o insuficiente (<30%) en cualquiera de los temas asignados inicialmente, sin derecho a la instancia del tercer tema. D – RÉGIMEN DE PROMOCIÓN SIN EXAMEN FINAL Para acceder al sistema de promoción directa, los estudiantes deberán satisfacer los siguientes requisitos de desempeño y asistencia: Asistencia: Cumplir con un mínimo del 80% de asistencia a las clases teóricas y prácticas. Evaluaciones Parciales: Aprobar una evaluación parcial teórica-práctica con una calificación igual o superior a 70 puntos en primera instancia, y de 80 puntos o superior en la 1ra instancia de recuperación, siempre y cuando hayan aprobado en la primer instancia. Trabajo Práctico integrador: Presentación y aprobación del 100% de las actividades prácticas propuestas por la cátedra. La nota mínima de aprobación para cada instancia de presentación e informe será de 90 puntos (o su equivalente porcentual). E – RÉGIMEN DE APROBACIÓN PARA ESTUDIANTES LIBRES La catedra no contempla el régimen de aprobación para estudiantes libres. |
| IX - Bibliografía Básica |
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[1] Ogata, Katsuhiko. “Ingeniería de control moderna”. 5ª ed. Pearson Prentice Hall. 2010. Tipo:Libro. Formato:Impreso. Disponibilidad: Biblioteca Villa Mercedes.
[2] Kuo, Benjamin “Sistemas de control automático”. 7ª ed. Prentice-Hall. 1996. Tipo:Libro. Formato:Impreso. Disponibilidad: Biblioteca Villa Mercedes. [3] Nise, Norman. “Sistemas de Control para Ingeniería”. 3ª ed. C.E.C.S.A. 2005. Tipo:Libro. Formato:Impreso. Disponibilidad: Biblioteca Villa Mercedes. |
| X - Bibliografia Complementaria |
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[1] Goodwin, Graebe & Salgado, Control System Design. Prentice Hall, 2001. Tipo: Libro. Formato: Digital. Disponibilidad: A cargo del Alumno.
[2] Dorf, Richard Carl. “Sistemas modernos de control” 2ª ed. Addison-Wesley Iberoamericana. 1989. Tipo:Libro. Formato:Impreso. Disponibilidad: Biblioteca Villa Mercedes. [3] Jagan, N. C. “Control Systems” 2ª ed. BS Publications. 2008. Tipo: Libro. Formato: Digital. Disponibilidad: A cargo del Alumno. |
| XI - Resumen de Objetivos |
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El estudiante estará capacitado para: Comprender los fundamentos de los sistemas realimentados. Modelar matemáticamente sistemas físicos de distinta naturaleza. Analizar la dinámica y estabilidad de los sistemas. Diseñar controladores y compensadores que permitan modificar el comportamiento natural de un sistema. Aplicar técnicas de síntesis de control clásico y moderno en la resolución de problemas. |
| XII - Resumen del Programa |
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Unidad N° 1: “Introducción”
Unidad N° 2: “Modelado matemático de sistemas” Unidad N° 3: “Análisis transitorio y en estado estacionario” Unidad N° 4: “Análisis y diseño de sistemas de control por el método del lugar geométrico” Unidad N° 5: “Análisis y diseño de sistemas de control por el método de la respuesta en frecuencia” Unidad N° 6: “Controladores PID y controladores PID modificados” Unidad N° 7: “Análisis de sistemas de control en el espacio de estados” Unidad N° 8: “Diseño de sistemas de control en el espacio de estados |
| XIII - Imprevistos |
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Las clases podrían realizarse de manera on-line, con los recursos disponibles por le FICA, pero teniendo en cuenta que el régimen de promoción puede verse afectado en el caso de no poder llevar a cabo el 100% de las clases prácticas de aula y de laboratorio y sus respectivas instancias de evaluación.
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| XIV - Otros |
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Aprendizajes Previos: Aplica métodos de resolución analítica y numéricos: Funciones de una variable. Calculo diferencial e integral. Funciones reales y vectoriales. Algebra lineal. Sistemas de ecuaciones. Ecuaciones diferenciales ordinarias y a derivadas parciales. Aplica los conceptos de mecánica clásica (Leyes de Newton) de inercia, la relación fuerza y aceleración y la ley de acción y reacción. También, aplica la dinámica del movimiento de rotación. Aplica los conceptos de electricidad de la ley de Ohm, y las leyes de Kirchhoff. Aplica los conceptos de la ley de Pascal de presión de un fluido. Utiliza software especifico de cálculo numérico y simulación. Detalles de horas de la Intensidad de la formación práctica. Cantidad de horas de Teoría: 30. Cantidad de horas de Práctico Aula: 35. Cantidad de horas de Práctico de Aula con software específico: 5. Cantidad de horas de Formación Experimental: 0. Cantidad de horas de Resolución Problemas Ingeniería con utilización de software específico: 5. Cantidad de horas de Resolución Problemas Ingeniería sin utilización de software específico: 5. Cantidad de horas de Diseño o Proyecto de Ingeniería con utilización de software específico: 5. Cantidad de horas de Diseño o Proyecto de Ingeniería sin utilización de software específico: 5. Aportes del curso al perfil de egreso: 1.1. Identificar, formular y resolver problemas. (Nivel 2) 1.2. Concebir, diseñar, calcular, analizar y desarrollar proyectos. (Nivel 2) 2.1. Utilizar y adoptar de manera efectiva las técnicas, instrumentos y herramientas de aplicación. (Nivel 1) 2.4. Aplicar conocimiento de las ciencias básicas de la ingeniería y de las tecnologías básicas. (Nivel 3) 2.6. Evaluar críticamente ordenes de magnitud y significación de resultados numéricos. (Nivel 1) 3.1. Desempeñar de manera efectiva en equipos de trabajo multidisciplinarios. (Nivel 1) 3.2. Tomar la palabra con facilidad, convicción y seguridad y adaptar el discurso a los distintos públicos y las exigencias formales requeridas. Comunicarse con soltura por escrito, estructurando el contenido del texto y los apoyos gráficos para facilitar la comprensión e interés del lector en escritos de extensión media. (Nivel 2) |