SÍLABO WCT1 CONTROL I 2015-2 1. DATOS GENERALES Facultad: Carrera:
Número de créditos: Coordinador: Requisitos:
Ingeniería de Sistemas y Electrónica Ingeniería Industrial y Mecánica Ingeniería Electrónica Ingeniería Mecatrónica Ingeniería Biomédica Ingeniería Eléctrica y de potencia p otencia Ingeniería Electromecánica Electromecánica Ingeniería Mecánica Ingeniería Aeronáutica 05 Edward Russel Sánchez Penadillo Para la carrera de Ingeniería de Electrónica WM40 Análisis Matemático IV WEA1 Electrónica analógica I Para la carrera de Ingeniería Mecatrónica WM40 Análisis Matemático IV Para la carrera de Ingeniería Biomédica WM40 Análisis Matemático IV WEA1 Electrónica analógica I Para la carrera de Ingeniería Eléctrica y de Potencia WEC6 Electrónica de Potencia II WEC7 Maquinas Eléctricas I Para la carrera de Ingeniería Electromecánica WM40 Análisis Matemático IV Para la carrera de Ingeniería Mecánica WM40 Análisis Matemático IV Para la carrera de Ingeniería Aeronáutica W0EE Fundamentos Físicos de Electrónica
2. FUNDAMENTACIÓN En la actualidad la mayoría de los procesos son automatizados por ello es necesario que el egresado de la carrera de ingeniería tenga un conocimiento adecuado de los conceptos de control y automatización y las principales herramientas de simulación de sistemas. La aplicación de la teoría del control clásico permite la modelación, el análisis y la síntesis de sistemas automáticos de control en uso industrial, comercial y de servicios, asociado con sistemas que involucran señales físicas de variables analógicas. 3. SUMILLA El curso de Control I brinda los conceptos básicos del modelado de Laplace de sistemas de control y permite obtener sus características principales como son la 1
respuesta de un sistema, el error estacionario y la estabilidad del sistema. Éstas características se analizan de manera teórica y mediante herramientas de simulación como MATLAB. 4. LOGROS DE APRENDIZAJE a) El alumno determinará la función de transferencia de sistemas eléctricos y mecánicos a partir de las ecuaciones en el dominio del tiempo utilizando la transformada de Laplace, la respuesta en el tiempo de sistemas de primer y segundo orden a partir de la función de transferencia de los sistemas de manera teórica y mediante simulación en MATLAB y el error estacionario de sistemas con y sin perturbaciones de manera teórica y mediante simulación en MATLAB. b) El alumno determinará la estabilidad de sistemas utilizando los criterios de Routh Hurwitz, Lugar Geométrico de Raíces y diagramas de BODE. 5. CONTENIDOS Definiciones sistemas de lazo abierto, Sistemas de lazo cerrado. Componentes diagrama de bloques.
Semana 01
Transformada de Laplace. Propiedades de transformada de Laplace. Transformada inversa de Laplace. Método de fracciones parciales. Modelado de sistemas eléctricos.
Semana 02
Modelado de sistemas mecánicos. Modelado de motor DC controlado por corriente de armadura. Reducción de diagrama de bloques. Propiedades de reducción de bloques. Respuesta transitoria de sistemas de primer orden ante entrada impulso, escalón y rampa.
Semana 05
Respuesta transitoria de sistemas de segundo orden sub amortiguado, sobre amortiguado y oscilante ante entrada escalón. Análisis de error estacionario. Análisis de error estacionario ante perturbaciones. Estabilidad de sistemas, definición de ecuación característica y ubicación de polos. Criterio de Routh Hurwitz. Desarrollo de casos especiales de Routh Hurwitz. Gráfico del lugar geométrico de raíces. Análisis de estabilidad.
Semana 08
Diagramas de BODE.
Semana 14
Semana 03 Semana 04
Semana 06 Semana 07
Semana 09 Semana 10 Semana 11 Semana 12 Semana 13
6. METODOLOGÍA El curso se realiza desde el enfoque teórico y práctico. El enfoque teórico comprende actividades individuales (exposición, explicación y solución de
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problemas), promoviendo la participación activa de los estudiantes a través del diálogo permanente, a fin de consolidar el aprendizaje de los temas. El enfoque práctico se desarrolla por medio de experiencias en el laboratorio de cómputo, con la ayuda de un software de simulación que permite realizar la demostración de los temas tratados. 7. SISTEMA DE EVALUACIÓN El promedio final del curso será:
0.1PC1 + 0.1PC2 + 0.2PC3 + 0.2PL + 0.4EF
PC1, PC2 y PC3 son Prácticas Calificadas Individuales PL es Promedio de Laboratorios Calificados ([LC1 + LC2 + LC3] / 3) EF es Examen Final
Nota: Sólo se podrá rezagar el examen final. El examen rezagado incluye los contenidos de todo el curso. No se elimina ninguna práctica calificada. La nota mínima aprobatoria es 12 (doce). 8. FUENTES DE INFORMACIÓN Bibliografía base: KUO BENJAMIN: Sistemas de Control Automático. PRETINCE HALL HISPANOAMERICANA S.A. OGATA KATSUHIKO: Ingeniería de Control Moderna. PEARSON EDUCACION, S.A. Bibliografía complementaria: R. DORF: Sistemas de Control Moderno. 9. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Semana Contenidos o temas Definiciones sistemas de lazo abierto, sistemas de lazo cerrado. Componentes diagrama de bloques.
Semana 1
Actividad Los alumnos realizan discusiones sobre las definiciones básicas
de los sistemas de control, los componentes básicos de un sistema de lazo abierto y cerrado: Señal de referencia, controlador, actuador, planta y sensor. Los alumnos realizan discusiones sobre la diferencia entre un
sistema de lazo abierto y cerrado, así como la ventaja de trabajar con un sistema realimentado. 3
Transformada de Laplace. Propiedades de transformada de Laplace. Semana 2
Transformada inversa de Laplace. Método de fracciones parciales.
Semana 3
Modelado de sistemas eléctricos.
Semana 4
Modelado de sistemas mecánicos. Modelado de motor DC controlado por corriente de armadura.
Semana 5
4
Los alumnos realizan ejercicios para analizar las ecuaciones en el dominio en el tiempo y en el dominio de Laplace para poder hallar la función de transferencia. Prueba de entrada: 5 puntos. Los alumnos realizan discusiones sobre el concepto de
antitransformada de Laplace, el método de fracciones parciales. Los alumnos desarrollan ejercicios de solución de ecuaciones diferenciales, utilizando transformada de Laplace y transformada inversa de Laplace. Práctica Calificada 1: 15 puntos. Los alumnos desarrollan ejercicios para hallar las ecuaciones en el dominio del tiempo de sistemas eléctricos. Luego halla la transformada de Laplace para poder determinar la función de transferencia del sistema. Los alumnos se organizan para realizar el laboratorio. Laboratorio Calificado 1 – Grupo A. Guía de Práctica 1 – Grupo B. El alumno desarrolla ejercicios para hallar las ecuaciones en el dominio del tiempo de sistemas mecánicos. Luego halla la transformada de Laplace para poder determinar la función de transferencia del sistema. Los alumnos se organizan para realizar el laboratorio. Laboratorio Calificado 1 – Grupo B. Guía de Práctica 1 – Grupo A.
Semana 6
Semana 7
Reducción de diagrama de bloques. Propiedades de reducción de bloques.
Los alumnos realizan discusiones sobre las propiedades y
Respuesta transitoria de sistemas de primer orden ante entrada impulso, escalón y rampa.
Los alumnos realizan discusiones sobre el teorema del valor
Respuesta transitoria de sistemas de segundo orden sub amortiguado, sobre amortiguado y oscilante ante entrada escalón.
Los alumnos realizan discusiones sobre la forma de onda de
Semana 8
Análisis de error estacionario. Definición de constantes Kp, Kv y Ka. Tipo de sistema. Semana 9
Análisis de error estacionario ante perturbaciones.
final, para saber el valor en estado estacionario de la salida de un sistema y la forma de onda de salida de un sistema de primer orden. Práctica Calificada 2.
salida de un sistema de segundo orden. Los alumnos realizan discusiones sobre las características de la
respuesta de un sistema de segundo orden ante una entrada tipo escalón: tiempo de respuesta, tiempo de establecimiento, tiempo pico, valor pico, sobre impulso porcentual. Los alumnos se organizan para realizar el laboratorio. Laboratorio Calificado 2 – Grupo A. Guía de Práctica 2 – Grupo B. Los alumnos desarrollan ejercicios para hallar el error estacionario. Los alumnos se organizan para realizar el laboratorio. Laboratorio Calificado 2 – Grupo B. Guía de Práctica 2 – Grupo A. Los alumnos realizan discusiones sobre el análisis del sistema de
control ante la presencia de perturbaciones. Los alumnos desarrollan ejercicios.
Semana 10
Semana 11
artificios de reducción de diagramas de bloques. El alumno desarrolla ejercicios.
Estabilidad de sistemas, 5
Los alumnos realizan discusiones
definición de ecuación característica y ubicación de polos. Criterio de Routh Hurwitz.
sobre el concepto de
Desarrollo de casos especiales de Routh Hurwitz.
Los alumnos realizan discusiones sobre el desarrollo de los casos
estabilidad, el método de Routh Hurwitz, cuantos polos existen a la derecha y por tanto si el sistema es estable. Los alumnos desarrollan ejercicios. Práctica Calificada 3.
especiales del método de Routh Hurwitz. El alumno desarrolla ejercicios para diseñar el controlador proporcional. Los alumnos se organizan para realizar el laboratorio. Laboratorio Calificado 3 – Grupo A. Guía de Práctica 3 – Grupo B.
Semana 12
Gráfico del Lugar Geométrico de Raíces. Análisis de estabilidad.
Los alumnos realizan discusiones sobre el L.G.R, los pasos para el
desarrollo del gráfico y el análisis de estabilidad. Los alumnos se organizan para realizar el laboratorio. Laboratorio Calificado 3 – Grupo B. Guía de Práctica 3 – Grupo A.
Semana 13
Los alumnos realizan discusiones sobre el desarrollo de los
Diagramas de BODE.
diagramas de Bode: magnitud y fase para sistemas simples: constante, primer orden, ceros, luego se desarrolla los diagramas de BODE de un sistema complejo sumando pendientes para el diagrama de magnitud y sumando los ángulos para el diagrama de fase de los factores simples del sistema. El alumno utilizara los papeles logarítmicos para el desarrollo de ejercicios.
Semana 14
Semana 15
Examen Final 6
FECHA DE ACTUALIZACIÓN:20/05/2014
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