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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: ASIGNATURA:

Ingeniería en Control y Automatización Modelado de Sistemas

SEMESTRE:

Cuarto

OBJETIVO GENERAL: El alumno empleará los conceptos básicos del modelado en la formulación y simulación de los modelos matemáticos para evaluar el comportamiento dinámico de los sistemas de control. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Conceptos Básicos II. Herramientas Computacionales para la Solución del Modelo Matemático III. Modelado y Dinámica de Sistemas Físicos Lineales IV. Modelado y Dinámica de Sistemas Físicos no Lineales V. Identificación y Sensibilidad de Sistemas METODOLOGÍA: Se utilizará diversas técnicas de aprendizaje (elaborativas, exploratoria y regulativas) para promover la participación activa de los estudiantes en la búsqueda, de que actúen con pensamiento crítico y reflexivo. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Se evaluará con tres exámenes departamentales, Primer examen unidades: I y II, Segundo: examen unidad III, Tercer examen: unidades IV y V. La calificación de la teoría será el promedio de los tres exámenes departamentales con un peso de 50%, 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: G:H: Hostetter, C:J: Savant y R:T: Stefant. Sistemas de Control; nueva editorial latinoamericana Howard L. Harrison y John G. Bollinger. Controles Automáticos; Editorial, Trillas. Benjamin C. Kuo. Sistemas Automáticos de Control; Compañía Editorial Continental, S.A. de C.V. Eronii Umez-Eronini, “Dinámica de Sistemas y Control”; Ed. Thomas Learning. Katsuhiko Ogata; “Ingeniería de Control Moderna”, Ed. Prentice Hall. Katsuhiko Ogata “Dinámica de Sistemas”; Ed. Prentice Hall. Katsuhiko Ogata; “Problemas de Ingeniería de Control Utilizando Matlab un Enfoque Práctico”; Ed. Prentice Hall. Smith y Corripio; “Control Automático de P rocesos Teoría y Práctica”; Ed. Limusa.


ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización OPCIÓN: COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en Control y Automatización

ASIGNATURA: Modelado de Sistemas SEMESTRE: 4° CLAVE: CRÉDITOS: 9 VIGENTE: Agosto 2004 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica MODALIDAD: Escolarizada

TIEMPOS ASIGNADOS

HRS./SEMANA / TEORÍA: 3 HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 3 HRS./TOTALES / SEMANA: 6

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 Dr. Alberto Cornejo Lizarralde

AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN


ASIGNATURA: Modelado de Sistemas

CLAVE:

HOJA: 2 DE 9

FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA En la formación del ingeniero en control y automatización, es necesario el dominio de los sistemas de control, por esta razón el estudio de los modelos matemáticos obtenidos de los sistemas físicos tanto eléctricos, mecánicos, hidráulicos, neumáticos y térmicos son de gran importancia. Este curso es introductorio a la teoría del control, ya que se plantean las bases metodológicas para el análisis de los sistemas de control, es decir, el modelado y la simulación de sistemas. Las asignaturas antecedentes son: Ecuaciones Diferenciales. Teoría de los Circuitos I, Fundamentos de Programación, Métodos Numéricos, Electricidad y Magnetismo, Física Clásica, Química Clásica y Mecánica. Las asignaturas consecuentes son: Teoría del Control I, Máquinas Eléctricas I, Electrónica II Las asignaturas colaterales son: Teoría de los Circuitos II, Electrónica I

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno empleará los conceptos básicos del modelado en la formulación y simulación de los modelos matemáticos para evaluar el comportamiento dinámico de los sistemas de control.


ASIGNATURA: No. UNIDAD:

Modelado de Sistemas I

NOMBRE:

CLAVE:

HOJA:

3

DE:

9

Conceptos Básicos.

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno utilizará tanto la terminología que involucra el modelado de los sistemas físicos, como su relación con los sistemas de control.

No. TEMA 1.1

TEMAS Introducción.

HORAS T P EC 1.5

CLAVE BIBLIOGRÁFICA 4B, 5C

1.2

Definición de términos (Sistema, Control, Modelado, Simulación, Tiempo Real, Emulador, Función de Transferencia, etc.)

1.5

4B, 5C

1.3 1.3.1

Clasificación de Sistemas. Parámetros distribuidos, Parámetros concentrados. Deterministicos, Estocásticos. Tiempo continuo, Tiempo discreto. Lineales, No lineales. Variantes en el tiempo, Invariantes en el tiempo. Homogéneo, No homogéneo.

1.5

4B, 5C, 3C

Diferentes Representaciones de los Modelos Matemáticos SISO y MIMO. Representación en ecuaciones diferenciales. Representación en variables de estado. Representación en diagramas de simulación analógica. Representación en función de transferencia. Representación en diagramas a bloques. Representación en diagramas de flujo de señal.

4.0

4B, 5C, 3C

1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 1.4.6

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Investigación por parte del alumno de sistemas reales en los cuales pueda aplicar los temas vistos. Solución de ejercicios y de aplicación práctica con el uso de la computadora. Visitas técnicas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Realización del un examen escrito de los temas de la unidad. La calificación se complementará con las investigaciones realizadas y la participación en la solución de ejercicios en el salón de clase



Modelado de Sistemas II

NOMBRE:

CLAVE:

HOJA:

4

DE:

9

Herramientas computacionales para la solución del modelo matemático

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Aplicación del alumno de las herramientas computacionales necesarias para la solución de los modelos matemáticos de sistemas.

No. TEMA 2.1

TEMAS

HORAS T P EC 1.5


2.1.1 2.1.2

Lenguajes de Programación Aplicados a la Solución del Modelo. C/C++, Matlab, etc. Análisis comparativo (ventajas y desventajas)

2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4

Introducción a Matlab. Solución de ecuaciones diferenciales Solución del modelo de estado. Solución de funciones de transferencia. Obtención de representaciones equivalentes.

4.0

7.5

7B, 5C

2.3 2.3.1 2.3.2

Introducción a Simulink. Solución de diagramas de simulación. Solución de diagramas de bloques.

3.0

4.5

7B, 5C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Exposición de los temas por el profesor con el auxilio de la computadora digital. Solución de ejercicios de aplicación práctica con el uso de la computadora. Solución de tareas por parte de los alumnos en el salón de clase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Primer examen departamental, reporte de las prácticas y participación activa del alumno en la solución de ejercicios.



Modelado de Sistemas III

NOMBRE:

CLAVE:

HOJA:

5

DE:

9

Modelado y dinámica de sistemas físicos lineales

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Modelación por el alumno de sistemas físicos lineales, mediante la aplicación de las leyes físicas, y analizará la respuesta temporal de estos sistemas, como un medio de validación del modelo.

No. TEMA 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5 3.5.1 3.5.2

TEMAS Modelado de Sistemas Eléctricos. Representación en ecuación diferencial, transformada de Laplace, diagrama a bloques, variables de estado. Solución del modelo mediante métodos numéricos, usando entradas de prueba típicas. Modelado de Sistemas Mecánicos. Representación en ecuación diferencial, transformada de Laplace, diagrama a bloques, variables de estado. Solución del modelo mediante métodos numéricos, usando entradas de prueba típicas. Modelado de Sistemas Electromecánicos. Representación en ecuación diferencial, transformada de Laplace, diagrama a bloques, variables de estado. Solución del modelo mediante métodos numéricos, usando entradas de prueba típicas. Modelado de Sistemas Químicos. Representación en ecuación diferencial, transformada de Laplace, diagrama a bloques, variables de estado. Solución del modelo mediante métodos numéricos, usando entradas de prueba típicas. Sistemas Análogos Analogías entre elementos. Analogías entre sistemas (eléctrico-mecánico longitudinal, eléctrico-mecánico rotacional, eléctrico-sistemas químicos, etc)

HORAS T P EC 4.0 3.5

CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1C, 2B, 3C, 4B, 5C, 6B

4.0

3.5

1C, 2B, 3C, 4B, 5C, 6B

4.0

3.5

1C, 2B, 3C, 4B, 5C, 6B

4.0

3.5

1C, 2B, 3C, 4B, 5C, 6B, 8C

2.0

1C, 2B, 3C, 4B, 5C, 6B, 8C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Elaboración de estrategias acordes con los propios estilos cognitivos que consideren el posible uso de diversas técnicas de estudio y materiales didácticos. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Realización del segundo examen departamental. La calificación del reporte de las prácticas que abarca la unidad y la participación del alumno en la solución de ejercicios en el salón de clase será la calificación de este modulo.



Modelado de Sistemas IV

NOMBRE:

CLAVE:

HOJA:

6

DE:

9

Modelado y dinámica de sistemas físicos no lineales

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Modelación por el alumno de los sistemas físicos no lineales mediante diferentes métodos matemáticos y analizará la respuesta temporal de estos sistemas como un medio de validación del modelo

No. TEMA 4.1 4.1.1 4.1.2 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.3.1 4.3.2

TEMAS Linealización de Funciones. Univariables. Multivariables.

HORAS T P EC 2.0


Modelado de Sistemas Electromecánicos. Representación en ecuación diferencial, transformada de Laplace, diagrama a bloques, variables de estado. Solución del modelo mediante métodos numéricos, usando entradas de prueba típicas.

4.0

3.0

4B

Modelado de Sistemas Químicos. Representación en ecuacion diferencial, transformada de Laplace, diagrama a bloques, variables de estado. Solución del modelo mediante métodos numéricos, usando entradas de prueba típicas..

4.0

3.0

8C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Interacción con el profesor profesor y atender sus indicaciones: tareas, exposición, orientación, ayudas. Realización de simulaciones con el uso de la computadora. Interacción práctica-teórica con el objeto objeto de desarrollar desarrollar la observación y el análisis.   

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Examen del período, reporte de prácticas de laboratorio y participación individual y grupal por parte de los alumnos.



Modelado de Sistemas V

NOMBRE:

CLAVE:

HOJA:

7

DE:

9

Identificación y sensibilidad de sistemas

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Identificación por el alumno del modelo a partir de su respuesta temporal, análisis de la sensibilidad del modelo ante la variación de sus parámetros y evaluación de la sensibilidad del sistema ante la variación de los parámetros y perturbaciones no deseadas.

No. TEMA 5.1

HORAS T P EC 1.5

TEMAS Introducción a la identificación de sistemas.

CLAVE BIBLIOGRÁFICA 8C

5.2

Identificación de sistemas de primer orden, a partir de las características de la respuesta temporal.

1.5

6.0

8C

5.3

Identificación de sistemas de segundo orden, a partir de las características de la respuesta temporal.

1.5

6.0

8C

5.4

La función de sensibilidad.

1.5

5.5

Estudio de la sensibilidad parametrica.

1.5

5.6

Estudio de la retroalimentación.

sensibilidad

de

la

1.5

4B 6.0

4B 4B

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Elaboración y verificación de hipótesis y aplicación estrategias de ensayo error en la resolución de los problemas. Interacción práctica-teórica. 



PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Realización del tercer examen departamental, la calificación del reporte de las prácticas y la participación del alumno en la solución de ejercicios será la calificación de las unidades IV y V.


ASIGNATURA:

Modelado de Sistemas

CLAVE:

HOJA:

8

DE:

9

RELACIÓN DE PRACTICAS Práctica No. 1

NOMBRE DE LA PRACTICA

UNIDAD

Introducción a Matlab y lenguajes de programación

II

DURACIÓN [Horas] 6.0

2

Solución de modelos aplicando Matlab.

II

6.0

3

Análisis y validación del modelado sistemas eléctricos.

III

6.0

4

Análisis y validación del modelado sistemas mecánicos.

III

6.0

5

Análisis y validación del modelado de sistemas electromecánicos.

III y IV

6.0

6

Análisis y validación del modelado de sistemas químicos.

III y IV

6.0

V

6.0

7 Identificación de modelos a partir de la respuesta de sistemas de primer orden. 8

Identificación de modelos a partir de la respuesta de sistemas de segundo orden.

V

6.0

9

Análisis de la sensibilidad de los sistemas.

V

6.0

LUGAR DE REALIZACIÓN Todas las prácticas se realizarán en el laboratorio de Teoría de Control


ASIGNATURA:

Modelado de Sistemas

CLAVE:

HOJA:

9

DE:

9

PERIODO

UNIDAD

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

1º

I y II

Evaluación con tres exámenes departamentales y la participación del alumno en clase lo cual tendrá un peso del 50%.

2º

III

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%.

3º

IV y V

La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría y en el laboratorio. Siempre y cuando, ambas sean aprobatorias.

CLAVE 1

B

2

X

3

X

4

C X

X

5 X 6 7 8

X X

BIBLIOGRAFÍA G. H. Hostetter, C. J. Savant y R. T. Stefani; “Sistemas de Control”; Nueva Editoril Latinoamericana. Howard L. Harrison y John G. Bollinger; “Controles Automáticos”; Ed. Trillas. Benjamin C. Kuo; “Sistemas Automáticos de Control”; Compañía Editorial Continental, S. A. de C. V. Eronini Umez-Eronini; “Dinámica de Sistemas y Control”; Ed. Thomas Learning. Katsuhiko Ogata; “Ingenieria de Control Moderna”; Ed. Prentice Hall. Katsuhiko Ogata; “Dinámica de Sistemas”; Ed. Prentice H all. Katsuhiko Ogata; “Problemas de Ingeniería. de Control Utilizando Matlab Un Enfoque Práctico”; Ed. Prentice Hall. Smith y Corripio; “Control Automático de Procesos Teoria y Práctica”; Ed. Limusa.


PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA:

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

CARRERA:

Ingeniería en Control y Automatización

ÁREA:

BÁSICAS C. INGENIERÍA

ACADEMIA:

D. INGENIERÍA

Control y Automatización

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:

SEMESTRE

4°

C. SOC. y HUM.

ASIGNATURA: Modelado de Sistemas Ingeniero en control, preferentemente con Posgrado en área afín con la carrera.

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno empleará los conceptos básicos del modelado en la formulación y simulación de los modelos matemáticos para evaluar el comportamiento dinámico de l os sistemas de control. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS Modelación matemática por medio de ecuaciones diferenciales Función de transferencia Álgebra de bloques Analogía entre sistema. Estabilidad de sistema Respuesta a la frecuencia. Lugar de las raíces

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EXPERIENCIA PROFESIONAL En la selección, aplicación, operación y diseño de sistemas de control aplicados a las industrias: petroquímica, alimenticia, manufacturera y química.

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HABILIDADES Comunicación Establecimiento de climas favorables al aprendizaje. Transferencia del conocimiento teórico a la solución de problemas. Análisis y síntesis. Para motivar al auto estudio, el razonamiento y la investigación. Manejo de grupos. Realizar analogías y comparaciones en forma simple.

Critica fundamentada Respeto Tolerancia Compromiso con la docencia. Ética Responsabilidad Científica Colaboración Superación docente y profesional. Cooperativa Liderazgo.

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ACTITUDES

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ELABORÓ M en C. Fco. J. Villanueva Magaña PRESIDENTE DE ACADEMIA

REVISÓ Ing. Guillermo Santillán Guevara SUBDIRECTOR ACADÉMICO

AUTORIZÓ Dr. Alberto Cornejo Lizarralde DIRECTOR DEL PLANTEL FECHA:

Marzo-2004

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