Ingenieria de control mr

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Parte 1
1. Expliquen con sus propias palabras las siguientes definiciones y coloquen un ejemplo:
 Sistema lineal
 Sistema de Control en tiempo continuo
 Transformada de Laplace
 Planta
 Perturbación
 Variable controlada
2. Coloquen el número correspondiente de acuerdo al orden correcto, para obtener de un
modelo físico su representación matemática, de la siguiente tabla:
Si hay bloques múltiples, reducir el diagrama de bloques a un solo bloque o
sistema en lazo cerrado.
Determinar un sistema físico y especificaciones a partir de requerimientos.
Analizar, diseñar y probar para ver que se satisfagan los requisitos y las
especificaciones.
Usar el diagrama para obtener un diagrama de bloques, diagrama de flujo de
señal, o representación en el espacio de estados.
Transformar el sistema físico en diagrama.
Dibujar un diagrama de bloques funcional.
3. Mediante un esquema determinen cómo serían los siguientes procesos de control para
lazo abierto y lazo cerrado:
a. Control de temperatura de un cuarto
b. Control de nivel de la cisterna
c. Control de iluminación de un parque
4. Mediante el uso de las estaciones de control identifiquen los siguientes elementos,
agregando una fotografía de los mismos.
 Actuador
 Sensor
 Planta
 Controlador
5. En el laboratorio de control, en los módulos de control, ubiquen en un diagrama de lazo
cerrado los elementos identificados en el tema anterior.
Parte 2

6. Encuentren la transformada de Laplace para las siguientes ecuaciones; asuman
condiciones iniciales iguales a cero.
a.
b.
7. Obtengan la función de transferencia Z(s)/X(s) del sistema con las siguientes ecuaciones,
Donde a, b, c, g y k son constantes.
8. Encuentren la función de transferencia tomando como entrada v1 y como salida v2, para un
circuito eléctrico cuyas ecuaciones de malla están definidas como:
Parte 3
9. Dibujen en un plano complejo las singularidades (polos y ceros) de las siguientes
funciones de transferencia:
a.
b.
10. Mediante la transformada inversa de Laplace, obtengan las ecuaciones diferenciales para
las siguientes expresiones:

a.
b.
Parte 1
1. De acuerdo a tu experiencia, describe qué es un sistema aludiendo a términos de
ingeniería.
2. Menciona la importancia de un sistema en el campo de acción de la ingeniería.
3. Con la información previa y la recopilada sobre sistemas de control, elabora una mesa
redonda con tus compañeros sobre:
 Sistema de control
 Tipos de sistemas de control
 Aplicación de los sistemas de control al campo de acción de la ingeniería
 Modelos matemáticos que emplea cada tipo de sistema de control, así como reglas y
principios que los rigen.
 Ejemplos de los tipos de sistemas de control en el campo de acción de la ingeniería.
4. Aplicando la información previa, realiza los siguientes ejercicios:
Se obtuvieron los siguientes diagramas de bloques de los sistemas de control de
temperatura y nivel. Simplifícalos.
a.
b.
5. En el Laboratorio de control automático, identifiquen el proceso del módulo de control y
propongan una ecuación que modele el sistema.

Parte 2
6. Reúnete en equipos con tus compañeros y compartan el modelo propuesto del sistema.
7. Elijan el modelo que consideren más apropiado de los módulos de control del Laboratorio
de control automático y justifiquen su elección.
8. Para el modelo matemático seleccionado establezcan lo siguiente:
 Ecuaciones diferenciales
 Diagrama de bloques y proceso de simplificación
 Funciones de transferencia
Parte 3
9. Con base en lo anterior, elaboren una presentación sobre los resultados obtenidos del
desarrollo del modelo seleccionado que incluya los siguientes criterios:
 Representación gráfica del sistema de control
 Diagrama de bloques
 Ecuaciones matemáticas empleadas
 Expresión linealizada, error y gráfica
10. Redacten sus conclusiones respecto a la utilidad de los sistemas de control en el campo
de acción de la ingeniería.
Modelado de un sistema de control con la descripción del modelo matemático óptimo para
una empresa determinada.
Instrucciones para realizar evidencia:
1. Describe con base en tu experiencia qué es un sistema de control.
2. Indica los tipos de modelos que pueden presentar los sistemas de control en su
procesamiento y señala los pasos para desarrollarlos.
3. Localiza los sistemas de control en una empresa e identifica sus partes (puede ser en su
proceso de fundición, construcción, refrigeración de alimentos, etcétera).
4. Determina el modelo que rige el sistema de control utilizado en el proceso industrial de la
empresa seleccionada.
5. Linealiza el modelo obtenido aplicando las técnicas vistas en el curso.
6. Con base en lo anterior, elabora una propuesta identificando el proceso de la empresa,
que incluya:
 Modelo del sistema o proceso industrial
 Transformada de Laplace
 Diagrama de bloques
 Funciones de transferencia
 Imágenes representativas del proceso.

7. Menciona las ventajas que esta propuesta traerá en el proceso industrial de la empresa
seleccionada.
Parte 1
Respuesta transitoria de sistemas de primer y segundo orden
Antes de correr hay que caminar; realicen los siguientes ejercicios como práctica para afianzar
su conocimiento.
1. Las expresiones siguientes son respuestas de sistemas a diferentes entradas. En cada
una de ellas señala cuál es la parte transitoria y cuál es la parte estacionaria:
a.
b.
c.
d.
e.
2. Considerá la siguiente expresión:
a. Obtén el valor de la constante de tiempo del término transitorio.
b. Calcula el valor de ese término en el instante y el porcentaje del valor inicial.
3. Los siguientes sistemas lineales de primer orden son sometidos a una entrada escalón
con magnitud de 1.5 unidades. Calcula el valor de estado estable de la salida.
a.
b.
c.
4. Para cada uno de los siguientes modelos de sistemas de segundo orden obtén el valor de
sus parámetros y señala a qué tipo de sistema de segundo orden pertenece:
a.
b.
c.
5. Compara los resultados con tus compañeros; analicen los procedimientos que siguieron y
expongan sus conclusiones.
Parte 2
Sistemas de primer y segundo orden
Antes de practicar con una planta real, es necesario practicar en papel; realiza los siguientes
ejercicios de identificación.

6. La figura que se muestra a continuación es la respuesta a un escalón unitario de un
sistema del cual sólo se sabe que es de primer orden. ¿Cuál es su función de
transferencia? Utiliza tu método gráfico preferido. Asume que el cambio de señal fue de un
20%.
7. Obtén la función de transferencia del sistema cuya respuesta ante un escalón con
magnitud 0.5 es:
8. Para cada uno de las funciones de transferencia obtenidas en puntos anteriores, simula su
comportamiento ante diferentes valores de entrada y comprueba que el modelo obtenido
es representativo del comportamiento visto en la gráfica.
9. Elabora un reporte con los resultados obtenidos.
Parte 3
Identificar la planta de la estación de control

10. Mediante el uso de las técnicas de identificación, identifica de la planta del módulo de
control los siguientes parámetros en lazo abierto
o Constante de tiempo
o Tiempo muerto
o Ganancia de la Planta
o Manipulación
Para ello, utiliza una entrada escalón con un cambio del 10% en la manipulación
11. Con base en los valores obtenidos en el ejercicio anterior, determina la función de
transferencia para un sistema de primer orden con tiempo muerto.
12. Redacten sus conclusiones en un escrito respecto a las ventajas que proporcionan los
sistemas de control en la productividad de las empresas, al permitir realizar cálculos de las
variables.
Parte 1
Análisis de estabilidad y error en estado estable
Un sistema de posicionamiento de radiofaros del SETI se comporta de acuerdo al diagrama de
bloques:
Donde:
1. Encuentra la función de transferencia para
2. Calcula E(s) y determina el valor del error en estado estable.
3. Determina la ecuación característica de lazo cerrado.
4. Utilizando el criterio de Routh-Hürwitz, determina para qué rango de valores de K el
sistema es estable.
5. Realiza un reporte de los resultados obtenidos
Parte 2
Sintonización de PI
control los siguientes parámetros en lazo abierto:

o Tiempo muerto
o Ganancia de la planta
Para ello, utiliza una entrada escalón con un cambio del 10% en la manipulación.
7. Obtén los parámetros para un controlador PI del modelo adquirido de la estación de
control automático
o Utilizando el Método de Ziegler Nichols.
o Para cambios en referencia, usando criterios integrales.
o Para cambios ante perturbaciones, usando criterios integrales.
o Usando el método de ganancia última.
8. Aplica el criterio de Routh-Hürwitz para determinar la estabilidad de los controladores
sintonizados.
9. Simula el comportamiento de cada controlador obtenido usando SIMULINK.
10. Implementa el comportamiento de los parámetros del controlador obtenido con el mejor
desempeño en la simulación en la estación de control automático.
11. Realiza un reporte de los resultados obtenidos.
Parte 3
Sintonización de PID
control los siguientes parámetros en lazo abierto:
o Tiempo muerto
o Ganancia de la planta
Para ello, utiliza una entrada escalón con un cambio del 10% en la manipulación
13. Obtén los parámetros para un controlador PID del modelo adquirido de la estación de
control automático
o Utilizando el Método de Ziegler Nichols.
o Para cambios en referencia, usando criterios integrales.
o Para cambios ante perturbaciones, usando criterios integrales.
o Usando el método de ganancia última.
14. Aplica el criterio de Routh-Hürwitz para determinar la estabilidad de los controladores
sintonizados.
15. Simula el comportamiento de cada controlador obtenido usando SIMULINK.
16. Implementa el comportamiento de los parámetros del controlador obtenido con el mejor
desempeño en la simulación en la estación de control automático.

17. Compara los controladores implementados en el laboratorio de control automático y
establece sus conclusiones con respecto a la presencia o ausencia del componente
derivativo del controlador.
18. Realiza un reporte de los resultados obtenidos
Diseño de un controlador PID para el proceso industrial de la empresa seleccionada.
Instrucciones para realizar evidencia:
1. Con base en tu experiencia, indica los tipos de controladores que existen para un sistema
de control y descríbelos ampliamente.
2. Selecciona una empresa en la cual tengas acceso al proceso de producción. Identifica las
variables del proceso y los controladores utilizados.
3. Elige una de las variables controladas y analiza los siguientes parámetros de la planta:
o Respuesta transitoria sistema de control utilizado.
o Parámetros de la respuesta transitoria (en caso de no poder realizar pruebas, pide a
los ingenieros encargados que te suministren esta información, por medio de tablas de
proceso o variables de proceso).
o La respuesta obtenida debe venir en una gráfica como cualquiera de las siguientes.
Si es un sistema de primer orden la gráfica será así:
Si es un sistema de segundo orden la gráfica será así:

1. Con base en la información obtenida determina:
o Orden del sistema según el tipo de respuesta transitoria.
o Modelo del sistema usando el método que mejor convenga.
2. Determina los parámetros del controlador actual (en caso de no poder acceder al equipo,
pide a los ingenieros de la planta que te suministren esta información).
3. Según el modelo obtenido, diseña un controlador PID (si aplica) para el proceso
seleccionado, mediante el siguiente procedimiento:
a. Escoge uno de los métodos de sintonía (Ziegler-Nichols I, criterios integrales y
ganancia última), para obtener los parámetros, P, I y D del controlador.
b. Realiza los análisis de estabilidad correspondientes.
c. Compara el controlador obtenido con el controlador existente y determina si hay
mejora alguna (ya sea para cambios ante perturbaciones o referencia) o si iguala al
sistema actual.
d. Documenta colocando las gráficas comparativas de las respuestas obtenidas tanto del
sistema actual como del controlador diseñado.
4. Redacta tus conclusiones respecto a las ventajas que conlleva el diseño de un controlador
PID al proceso industrial de la empresa seleccionada.

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