Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología
Universidad Nacional de San Luis
FACULTAD DE CS. FISICO MAT. Y NAT.

ANEXO II

PROGRAMA DEL CURSO: CONTROL I

DEPARTAMENTO DE:   FISICA
AREA: Area V: Electronica y Microprocesadores AÑO: 2005 (Id: 4101)
Estado: En tramite de Aprobación

 

I - OFERTA ACADÉMICA

CARRERAS PARA LAS QUE SE OFRECE EL MISMO CURSO

PLAN DE ESTUDIOS
ORD. Nº

CRÉDITO HORARIO

   

SEM.

TOTAL

INGENIERIA ELECTRONICA CON ORIENTACION EN SISTEMAS3/031590

II - EQUIPO DOCENTE

Funciones

Apellido y Nombre

Total hs en
este curso

Cargo y Dedic.

Carácter

Responsable

GUARNES, MIGUEL ANGEL20  hs.PROFESOR TITULAR EXC.Efectivo
Jefe Trab. Prác.DNL10  hs.JEFE DE TRABAJOS PRAC. EXC.Temporal
Auxiliar de 2ºDNL 10  hs.AYUDANTE DE 2DA. SIMP.Temporal

DNL: Docente no listado

III - CARACTERÍSTICAS DEL CURSO

CREDITO HORARIO SEMANAL
MODALIDAD
REGIMEN

Teórico/

Práctico

Teóricas

Prácticas de

Aula

Práct. de lab/ camp/

Resid/ PIP, etc.

1c
6 Hs.
3 Hs.
1.5 Hs.
1.5 Hs.
Asignatura
Otro: 
Duración: 15 semanas
Período del 14/03/05 al 17/06/05

IV.- FUNDAMENTACION

Los alumnos ya han aprendido en las asignaturas precedentes Matemática aplicada, Señales y Sistemas, y Física los conocimientos básicos a emplear en Control I.
Los sistemas de control son de aplicación fundamental en la industria, aeronáutica, automóviles, procesos químicos, maquinas herramientas computarizadas, control de calidad de productos, líneas de ensamblado automático, tecnología espacial, sistemas de transporte, sistemas de potencia, robótica y muchos otros.
En esta asignatura se estudian los controles llamados de tiempo continuos.
En esta asignatura se imparten los conocimientos para modelar, identificar y simular sistemas dinámicos. Se analiza como responden los distintos tipos de sistemas ante diferentes señales de entrada, señales de perturbación, y cambios en los parámetros del sistema. Se estudia la respuesta transitoria y estable de los sistemas ante diferentes entradas, se definen parámetros que permiten comparar cualitativa y cuantitativamente las respuestas. Esto se denomina análisis en el dominio temporal.
Se analiza la respuesta de los sistemas en el dominio de la frecuencia, es decir como responden ante señales de tipo periódicas senoidales de diferentes frecuencias.
Se presentan el diseño de controladores con especificaciones en el dominio temporal y frecuencial.
Se emplean software de computación dedicados a control para modelar, simular, y diseñar sistemas de control.


V.- OBJETIVOS

Se pretende como objetivo que al finalizar el curso los alumnos se encuentren capacitados para:
1- Modelar un sistema físico y dinámicos a partir de las leyes que los gobiernan, representando los modelos por ecuaciones diferenciales, función de transferencia, diagramas de flujo señal.
2- Simular el comportamiento de sistemas de control empleando software dedicado al Control.
3- Analizar su comportamiento temporal y frecuencial a partir del análisis matemático, grafico y por inspección de las formas de representación antes mencionadas.
4- Diseñar diferentes tipos controladores a partir de especificaciones dadas en el dominio temporal y/o frecuencial.

 


VI. - CONTENIDOS

TEMA 1: INTRODUCCION AL CONTROL
1.Introducción
1.1 Definiciones básicas empleadas en control
1.2 Características de respuesta y configuraciones de un sistema
1.3 Objetivos del análisis y diseño
1.4 El proceso de diseño

TEMA 2 MODELADO
2. Modelado
2.1 Modelado en el dominio de la frecuencia
2.1.3 La función de transferencia
2.1.4 Funciones de transferencia de sistemas dinámicos
2.1.5 Modelado de sistemas físicos mediante función de transferencia
2.2. Modelado en el dominio del tiempo
2.2.1 La representación general en el espacio de estados
2.2.3 Aplicación de la representación en el espacio de estados
2.2.4 Modelado de sistemas físicos mediante espacio de estados
2.2.5 Conversión de una función de transferencia al espacio de estados
2.2.6 Conversión del espacio de estados a función de transferencia

TEMA 3: RESPUESTA EN EL TIEMPO
3. Respuesta en el tiempo
3.1 Polos, ceros y respuesta del sistema
3.2 Sistemas de primer orden
3.3 Sistemas de segundo orden
3.4 El sistema general de segundo orden
3.5 Sistemas de segundo orden subamortiguados
3.6 Solución mediante las transformadas de Laplace a las ecuaciones de estado
3.7 Solución en el dominio del tiempo a las ecuaciones de estado

TEMA 4: REPRESENTACION EN DIAGRAMAS DE BLOQUES Y GRAFICOS DE FLUJO SEÑAL
4. Reducción de subsistemas múltiples
4.1 Diagramas de bloques
4.2 Análisis y diseño de sistemas realimentados
4.3 Gráficas de flujo de señales
4.4 Regla de Mason
4.5 Gráficas de flujo de señales a partir de ecuaciones de estado
4.6 Representaciones alternativas en el espacio de estados

TEMA 5: ESTABILIDAD
5. Estabilidad
5.1 Criterio de Routh-Hurwitz
5.2 Criterio de Routh-Hurwitz: casos especiales
5.3 Estabilidad en el espacio de estados

TEMA 6: ERRORES EN ESTADO ESTABLE
6. Errores en estado estable
6.1 Error en estado estable para sistemas con realimentación unitaria
6.2 Constantes de error estático y tipo de sistema
6.3 Especificaciones de error en estado estable
5.4 Error en estado estable para sistemas con realimentación no unitaria
6.5 Error en estado estable para sistemas en el espacio de estados

TEMA 7: LUGAR GEOMETRICO DE LAS RAICES
7. Lugar geométrico de las raíces
7.1 Definición del lugar geométrico de las raíces
7.2 Propiedades del lugar geométrico de las raíces
7.3 Trazado del lugar geométrico de las raíces
7.4 Diseño de la respuesta transitoria por medio del ajuste de la ganancia
7.5 Lugar geométrico de las raíces generalizado
7.6 Lugar geométrico de las raíces para sistemas con realimentación positiva
7.7 Diseño de controladores por medio del lugar geométrico de las raíces
7.8 Mejoramiento de error en estado estable por medio de compensación en cascada
7.9 Mejoramiento de la respuesta transitoria por medio de compensación en cascada
7.10 Mejoramiento del error en estado estable y respuesta transitoria
7.11Compensación mediante realimentación
7.12 Construcción física del compensador
7.13 Controlador PID
TEMA 8: RESPUESTA EN FRECUENCIA
8. Técnicas de respuesta en frecuencia
8.1 Aproximaciones asintóticas: trazas de Bode
8.2 Introducción al criterio de Nyquist
8.3 Trazado de un diagrama de Nyquist
8.4 Estabilidad por medio del diagrama de Nyquist
8.5 Margen de ganancia y margen de fase por medio del diagrama de Nyquist
8.6 Estabilidad, margen de ganancia y margen de fase por medio de trazas de Bode
8.7 Relación entre respuestas transitoria en lazo cerrado y la respuesta en frecuencia en lazo
cerrado
8.8 Características del error en estado estable a partir de respuesta en frecuencia
8.9. Diseño por medio de la respuesta en frecuencia
8.8 Respuesta transitoria por medio de ajuste de ganancia
8.9 Compensación de atraso de fase
8.10 Compensación de adelanto de fase
8.11 Compensación de adelanto-atraso de fase
9.12 Controlador PID

TEMA 9: DISEÑO POR MEDIO DEL ESPACIO DE ESTADOS
9 Diseño por medio del espacio de estados
9.1 Diseño de controlador
9.2 Controlabilidad
9.3 Métodos alternativos al diseño de un controlador
9.4 Diseño de un observador
9.5 Observabilidad
9.6 Métodos alternos al diseño de un observador
9.7 Diseño del error en estado estable por medio de control integral


VII. - PLAN DE TRABAJOS PRÁCTICOS

Práctica 1: Introducción al Matlab
Práctica 2: Modelado en el Dominio de la Frecuencia
Práctica 3: Modelado en el dominio del Tiempo
Práctica 4: Respuesta en el Tiempo
Práctica 5: Diagramas de bloques y Gráficos de Flujo Señal
Práctica 6: Estabilidad
Práctica 7: Errores en Espacio Estable
Práctica 8: Trazado del lugar Geométrico de las Raíces
Práctica 9: Diseño controladores empleando el lugar Geométrico de las Raíces – Diseño
Práctica 10: Análisis mediante respuesta en Frecuencia
Práctica 11: Diséño de controladores por medio de la respuesta en frecuencia
Práctica 12: Diseño de controladores por medio del Espacio de Estados


VIII - RÉGIMEN DE APROBACIÓN

A- Condiciones Generales

1- Esta asignatura no es promocional
2- Esta asignatura no puede rendirse en forma libre

B- Parciales

1- Número de parciales: La materia consta de parciales
Parcial 1: Tema 1,2 y 3
Parcial 2: Temas 4, 5 y 6
Parcial 3: Temas: 7,8 y 9

2 Aprobación de Parciales
Cada parcial se aprueba con siete o mas puntos.

3 Recuperación de Parciales
Cada parcial tiene una recuperación.

4 Recuperación Extraordinaria de Parciales
Se puede recuperar solo un parcial en forma extraordinaria.
Los alumnos que figuren en el listado suministrado por Departamento Alumnos como trabajadores, pueden acceder a la recuperación extraordinaria de dos parciales.

5. Si luego, de la recuperación extraordinaria, el alumno no ha aprobado la totalidad de los parciales, quedará libre.

C- PRACTICAS

1- Se debe presentarse un informe individual. El informe debe contener los enunciados, resolución detallada, programas fuentes de Matlab, resultados de su ejecución y gráficas correspondientes. Cada práctica se aprueba con mas del setenta por ciento de los ejercicios correctos.

2- El plazo para la presentación de cada informe es de una semana a partir de la finalización de la misma.

3- Cada práctica se aprueba con mas del setenta por ciento de los ejercicios que la componen correctos.

4.- Si la práctica no es aprobada, el alumno deberá rehacerla para su nueva evaluación.

4- Se deben aprobar mas de siete prácticas de primera instancia, de lo contrario el alumno quedará libre por prácticas.



IX.a - BIBLIOGRAFÍA BÁSICA


1- Sistemas de control para ingeniería – Tercera Edición en inglés, primera edición en español– Norman S. Nise – CECSA – 2002
2- Sistemas de control automático –Séptima edición- Benjamín Kuo – Prentice Hall Hispanoamericana -1996
3- Ingeniería de control moderna- Tercera edición- Katsuhiko Ogata – Prentice Hall Hispanoamericana – 1998
4- Ingeniería de control utilizando Matlab – primera edición en español - Katsuhiko Ogata – Prentice Hall -1999
5- Using Matlab to analize and design control systems – Second edition – Naomi Eric Leonard and William S. Levine – Addison Wesley Publishing Company – 1995
6- Dinámica de Sistemas y Control – Erenomi –Umez –Erenomi – Editorial: Thomson Learning -2001



IX b - BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

1- Publicaciones: \\\"Instrumentación y Control\\\"
2- Manuales Matlab, y tutoriales: Simulink, Calculo Simbolico, Herramienta GUI, etc.
3- CD conteniendo tutoriales sobre Control
4- Paginas Web de Internet sobre control:



COMPLEMENTO DE DIVULGACION


OBJETIVOS DEL CURSO

Se pretende como objetivo que al finalizar el curso los alumnos se encuentren capacitados para:
1- Modelar dinámicos a partir de las leyes que los gobiernan, representando los modelos por ecuaciones diferenciales, función de transferencia, espacio de estado.
2- Analizar su comportamiento transitorio, errores estado estable y frecuencial.
3- Diseñar diferentes tipos controladores a partir de especificaciones dadas en el dominio temporal y/o frecuencial.

 

 

PROGRAMA SINTETICO

1. Introducción al control
Definiciones básicas empleadas en control
El proceso de diseño de un sistema de control

2. Modelado
Modelado en el dominio de la frecuencia
Función de transferencia
Modelado de sistemas físicos
Modelado en el dominio del tiempo
La representación general en el espacio de estados
Modelado de sistemas físicos
Conversión de una función de transferencia al espacio de estados
Conversión del espacio de estados a función de transferencia

3. Respuesta en el tiempo
Sistemas de primer orden
Sistemas de segundo orden
Solución a las ecuaciones de estado en dominio frecuencia y del tiempo

4. Diagramas de bloques y gráficas de flujo señal
Diagramas de bloques
Gráficas de flujo de señales
Gráficas de flujo de señales a partir de ecuaciones de estado
Representaciones en el espacio de estados

5. Estabilidad
Criterio de Routh-Hurwitz
Estabilidad en el espacio de estados

6. Errores en estado estable
Error en estado estable para sistemas con realimentación unitaria
Constantes de error estático y tipo de sistema
Error en estado estable para sistemas con realimentación no unitaria
Error en estado estable para sistemas en el espacio de estados

7. Lugar geométrico de las raíces
Trazado del lugar geométrico de las raíces
Diseño de la respuesta transitoria por medio del ajuste de la ganancia
Diseño de controladores por medio del lugar geométrico de las raíces
Mejoramiento de error en estado estable y respuesta transitoria por medio de compensación en cascada

8. Respuesta en frecuencia
Diagrama de Bode
Criterio de Nyquist
Estabilidad por medio del diagrama de Nyquist
Margen de ganancia y margen de fase por medio del diagrama de Nyquist
Estabilidad, margen de ganancia y margen de fase por medio de trazas de Bode
Diseño de controladores por medio de la respuesta en frecuencia
Compensación de atraso, adelanto, y adelanto-atraso de fase

9 Diseño de controladores por medio del espacio de estados
Diseño de controlador
Controlabilidad
Diseño de un observador
Observabilidad

 


IMPREVISTOS