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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Sistemas de control es un curso de cuarto año de la carrera Ingeniería Electrónica, Ingeniería Electromecánica e Ingeniería Mecatrónica. Básicamente comprende el estudio de los sistemas de control desde los puntos de vista clásico y moderno. Específicamente el curso prepara al alumno para realizar el modelado, análisis y diseño de sistemas de control en el dominio del tiempo, frecuencia y en el espacio de estados. Esto posibilita al alumno poder estudiar y comprender el desempeño de sistemas físicos y a partir de esto plantear la adecuada estrategia de control para que dicho sistema cumpla con las especificaciones de diseño esperadas. Las unidades, si bien tienen una correlatividad vertical, en varios casos se trabajará en paralelo, mediante el uso de medios informáticos; los cuales facilitarán la comprensión y utilización de los conceptos aprendidos y se alternarán los fundamentos teóricos con las ejercitaciones prácticas y de laboratorio.
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V - Objetivos / Resultados de Aprendizaje |
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Brindar al estudiante los conocimientos necesarios para identificar, implementar y operar posteriormente diferentes sistemas de control, realizando previamente un análisis de desempeño, robustez y estabilidad en régimen transitorio y en estado estable de un sistema físico, para luego diseñar una estrategia de control que permita modificar su comportamiento y lograr el desempeño deseado.
Resultados de aprendizaje: Determinar y reconocer los conceptos de sistemas de control realimentado y sus usos en ámbitos de aplicación de la ingeniería. Modelar matemáticamente diferentes sistemas físicos (eléctricos, mecánicos e hidráulico). Analizar la dinámica de los sistemas físicos a través del modelo matemático. Diseñar una estrategia de control para modificar el comportamiento natural de un sistema. |
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 dominó del tiempo. TP5 – Diseño de sistemas de control en el dominó de la frecuencia. TP6 – Diseño de sistemas de control en variable de estados. Los trabajos prácticos antes mencionados serán elaborados en grupos de 3 o 4 estudiantes y aplicados sobre los siguientes sistemas físicos: 1. Motor de corriente continua. 2. Levitador magnético. 3. Convertidor DC-DC buck. 4. Péndulo invertido. 5. Sistema de seguimiento del sol. 6. Sistema de nivel de líquidos. 7. Brazo robótico. Los trabajos prácticos tendrán parte de trabajo de aula, parte de simulación en computadora y redacción de informe, estos deberán ser entregados en formato PDF utilizando un formato específico brindado por la cátedra, donde se evaluará la calidad del informe y el contenido del mismo. |
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 acceder a la condición de regular, los estudiantes deberán cumplir con los siguientes requisitos: Entregar y aprobar, con al menos 70 puntos, el 100% de las actividades prácticas propuestas por el equipo docente. Aprobar con al menos 50 puntos, el 100% de las evaluaciones parciales practicas definidas de acuerdo a las normativas vigentes en la UNSL. Asistir al menos al 80% de las clases prácticas de aula. C – RÉGIMEN DE APROBACIÓN CON EXÁMEN FINAL El examen final para los estudiantes que se encuentren en condición regular consistirá en una evaluación oral y/o escrita sobre los contenidos teóricos de la asignatura. Los temas se sortearán al azar el día del examen. D – RÉGIMEN DE PROMOCIÓN SIN EXAMEN FINAL Para acceder a la condición de promoción, los estudiantes deberán cumplir con las siguientes consideraciones: Entregar y aprobar, con 100 puntos, el 100% de las actividades prácticas propuestas por el equipo docente. Aprobar con al menos 80 puntos, el 100% de las evaluaciones parciales practicas definidas de acuerdo a las normativas vigentes en la UNSL. Asistir al menos al 80% de las clases prácticas de aula. Defender de manera oral un trabajo integrador E – RÉGIMEN DE APROBACIÓN PARA ESTUDIATNES LIBRES No se contempla la aprobación con examen en carácter de libre. |
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 alumno estará capacitado para:
Determinar y reconocer los conceptos de sistemas de control realimentado. Modelar matemáticamente diferentes sistemas. Analizar la dinámica de los sistemas físicos a través del modelo matemático. Diseñar una estrategia de control para modificar el comportamiento natural de un sistema. |
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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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.
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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 específico de cálculo numérico y simulación. Detalles de horas de la Intensidad de la formación práctica. Cantidad de horas de Teoría: 25. Cantidad de horas de Práctico Aula: 40. 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 órdenes 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) |