Matlab dedicado a teoria de control

1. UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
PROGRAMA ANALÍTICO DE LA ASIGNATURA
1. Datos Informativos
Carrera:
Asignatura:
Código de la Asignatura:
Nivel:
MECATRÓNICA
TEORÍA DE CONTROL I
C-CT-IMC-109
6
Número total de horas:
N° Horas Componente Docencia:
N° Horas Componente Prácticas de
Aplicación y Experimentación de
Aprendizajes:
N° Horas Componente de Trabajo
Autónomo :
Unidad de
Organización
Curricular:
Campo de Formación:
Modalidad:
160
64
16
80
UNIDAD PROFESIONAL
PRESENCIAL
2. Caracterización de la Asignatura
La asignatura Teoría de Control I establece los fundamentos matemáticos para el modelamiento, análisis y diseño de sistemas de control automáti-co, en el
dominio del tiempo. Los conocimientos de esta asignatura se pueden aplicar en diversas áreas de la ingeniería cuando se requiera analizar y controlar las
variables de sistemas de distinta naturaleza física. El estudiante será capaz de utilizar herramientas computacionales para la simula-ción de los sistemas de
control diseñados, como apoyo a las tareas de análisis y diseño de un sistema de control, así como experimentar el funcio-namiento de casos de estudios
didácticos con equipos de laboratorio.
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2. 3. Resultados de Aprendizaje
• Analiza e interpreta el estado transitorio y el estado estable de un sistema en el dominio temporal mediante la función de transferencia.
• Analiza e interpreta la estabilidad absoluta de un sistema dinámico.
• Conoce los fundamentos de los sistemas de control en lazo abierto y lazo cerrado.
• Diseña e implementa sistemas de control en espacios de estados.
• Diseña e implementa sistemas de control retroalimentados utilizando PID.
• Utiliza diversas técnicas de representación de los sistemas dinámicos.
• Utiliza ecuaciones diferenciales para modelar un sistema dinámico.
4. Contenidos
Unidades
Temáticas
Contenidos de la Unidad Resultados de Aprendizaje de la
Asignatura correspondientes a
cada
Indicadores de Logro TOTAL DE
HORAS POR
UNIDAD
UNIDAD 1 -
Fundamentos de
los sistemas de
control.
20
Identifica los componentes,
señales y parámetros de un
sistema de control
Conoce los conceptos asociados
a sistemas de control en lazo
abierto y lazo cerrado
Conoce los fundamentos de los
sistemas de control en lazo abierto
y lazo cerrado.
1.1 Componentes de un sistema de control.
1.2 Sistemas de control en lazo abierto y lazo
cerrado. Concepto de camino directo y camino de
realimentación en un sistema de control en lazo
cerrado.
1.3 Señales y parámetros en un sistema de
control.
1.4 Introducción al análisis y diseño de un
sistema de control. Régimen transitorio y régimen
estacionario: Definición a partir de casos de
estudio.
1.5 El proceso de diseño de un sistema de
control
UNIDAD 2 -
Modelos
matemáticos de
sistemas lineales.
20
1.1 Obtiene el modelo de
sistemas dinámicos utilizando
ecuaciones diferenciales
1.2 Obtiene la Función de
transferencia de sistemas
Utiliza ecuaciones diferenciales
para modelar un sistema dinámico.
Utiliza diversas técnicas de
representación de los sistemas
2.1 Modelado de sistemas dinámicos usando
ecuaciones diferenciales ordinarias.
2.2 Comparación entre sistemas lineales vs.
sistemas no lineales, sistemas invariantes vs.
sistemas variantes en el tiempo.
2.3 Definición de la función de
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3. dinámicos.
2.1 Representa sistemas
dinámicos mediante diagramas
de bloques y puede operarlos.
2.2 Obtiene el modelo de
variables de fase en el espacio
de estados de sistemas
dinámicos
dinámicos.
transferencia.
2.4 Obtención de la función de transferencia a
partir del modelo de ecuaciones diferenciales
ordinarias
2.5 Diagramas de bloques y Algebra de bloques.
2.6 Representación de sistemas en el espacio de
estados. Definición de Variables de estado y
Variables de fase.
2.7 Obtención del modelo lineal por
representación en el espacio de estados a partir
del modelo de ecuaciones diferenciales
ordinarias lineales.
2.8 Conversión del modelo lineal por
representación en el espacio de estados a la
función de transferencia.
UNIDAD 3 -
Análisis de
sistemas en el
dominio del tiempo
y en el plano de la
variable compleja
40
1.1 Determina los parámetros de
comportamiento transitorio en
sistemas de control
2.1 Determina el error en estado
estable en sistemas de control
2.2 Determina la estabilidad
absoluta en sistemas de control.
Analiza e interpreta el estado
transitorio y el estado estable de un
sistema en el dominio temporal
mediante la función de
transferencia.
Analiza e interpreta la estabilidad
absoluta de un sistema dinámico.
3.1 Análisis de Sistemas de primer orden,
respuesta analítica y especificaciones de
respuesta transitoria.
3.2 Análisis de Sistemas de segundo orden,
respuesta sobreamortiguada, subamortiguada,
criticamente amortiaguada oscilatoria.
3.3 Parámetros de un sistema de segundo orden:
frecuencia natural de oscilación y coeficiente de
amortiguamiento
3.4 Especificaciones de respuesta transitoria de
un sistema de segundo orden subamortiguado.
3.5 Análisis de Sistemas de Orden superior y
Aproximación a Sistemas de Segundo Orden
3.6 Análisis de sistemas en estado estable,
señales de prueba y constantes de error.
3.7 Estabilidad de sistemas de control. Criterio de
Hurwitz para estabilidad absoluta.
UNIDAD 4 - Diseño
de controladores en
el dominio del
tiempo.
50
Diseña e implementa
controladores del tipo
proporcional, proporcional-
derivativo, proporcional-integral y
proporcional-integral-derivativo
utilizando
Diseña e implementa sistemas de
control retroalimentados utilizando
PID.
4.1 La Función de Transferencia como una
Función de variable compleja. Magnitud y fase de
una función de variable compleja.
4.2 Control proporcional.
4.2.1 Diseño usando en Lugar de Las Raíces.
4.3 Control proporcional-derivativo.
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4. el Lugar Geométrico de las
Raíces
4.3.1 Función de transferencia.
4.3.2 Efecto del control derivativo en la respuesta
transitoria, incorporación de un cero en el camino
directo del sistema de control.
4.3.3 Diseño usando en Lugar de Las Raíces.
4.4 Control proporcional-integral.
4.4.1 Función de transferencia.
4.4.2 Efecto del control integral en la respuesta
estacionaria, interpretación a través de la
incorporación de un polo en el origen en el
camino directa del sistema de control.
4.4.3 Diseño usando en Lugar de Las Raíces.
4.5 Control proporcional-integral-derivativo.
4.5.1 Función de transferencia.
4.5.2 Efecto en la respuesta transitoria y la
respuesta estacionaria.
4.5.3 Diseño usando en Lugar de Las Raíces.
UNIDAD 5 - Diseño
de sistemas de
control en espacio
de estados.
30
Determina la controlabilidad y
observabilidad a partir de un
modelo representado en el
espacio de estados.
Diseña e implementa
controladores en el espacio de
estados utilizando el método de
asignación de polos.
Diseña e implementa
observadores de orden completo
en el espacio de estados
utilizando el método de
asignación de polos.
Diseña e implementa sistemas de
control en espacios de estados.
5.1 Controlabilidad de estado y Criterio de
controlabilidad de Kalman
5.2 Diseño de un controlador por realimentación
de estado basado en el problema de
relocalización de polos en el espacio de estado.
5.3 Cálculo de las ganancias de realimentación
por el método de asignación de polos.
5.4 Eliminación del error en estado estable.
Diseño de las ganancias de realimentación
incluyendo la ganancia integral.
5.5 Observabilidad de estado y Criterio de
observabilidad de Kalman
5.6 Diseño de observadores de orden completo,
integración con el sistema de control.
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5. 5. Metodologías de Aprendizaje
- Aprendizaje colaborativo, estrategia para incentivar el diálogo y discusión entre los estudiantes y con el docente, donde todos los miembros colaboran en la
construcción del conocimiento y contribuyen al aprendizaje de todo.
- Aprendizaje basado en problemas, mediante esta metodología, los estudiantes deben encontrar una solución a un problema planteado, de este modo
consiguen elaborar un diagnóstico de las necesidades de aprendizaje, construir el conocimiento y trabajar cooperativamente
- Metodología “aula invertida”, es una metodología de aprendizaje semipresencial, donde los estudiantes aprenden los conceptos desde casa viendo videos en
línea y los ejercicios que anteriormente fueron realizados en clase
- El Aprendizaje basado en investigación, considera al estudiante como protagonista de su propio aprendizaje? Los estudiantes actúan como investigadores,
aprenden y desarrollan habilidades de investigación mediante la experimentación. La enseñanza se orienta a ayudar a los estudiantes a comprender los
fenómenos de la forma en que lo hacen los expertos.
- Aprendizaje basado en proyectos
- Prácticas de laboratorio: propende a que los estudiantes adquieran las habilidades propias de los métodos de la investigación científica, amplíen, profundicen,
consoliden, realicen y comprueben los fundamentos de la asignatura mediante experimentación
6. Procedimiento de Evaluación
Según el Reglamento Interno de Régimen Académico:
Artículo 41.- Evaluación de aprendizajes. - Para la aprobación de asignaturas en los niveles de grado, independientemente de la modalidad de estudios, el
estudiante debe demostrar dominio de conocimientos, capacidades, destrezas y desempeños previstos en los resultados de aprendizaje. La evaluación se
realiza en forma sistemática y continua sobre un total de cien puntos divididos en dos partes de cincuenta puntos cada una, que incluyen aprovechamiento y
examen. La nota mínima para la aprobación es de setenta puntos.
Artículo 42.- El aprovechamiento será evaluado y calificado con un mínimo de treinta puntos, considerando los resultados de aprendizaje previstos en la
planificación micro curricular y las actividades de aprendizaje desarrolladas.
La calificación de aprovechamiento será el resultado de por lo menos tres actividades de aprendizaje, sean éstas de carácter colaborativo, prácticas de
aplicación y experimentación, trabajo autónomo, u otras:
De carácter colaborativo:
a Sistematización de prácticas de investigación-intervención,
b Proyectos de integración de saberes,
c Construcción de modelos y prototipos,
d Proyectos de problematización,
e Resolución de problemas o casos.
De prácticas de aplicación y experimentación:
a Prácticas de campo,
b Trabajos de observación dirigida,
c Resolución de problemas,
d Talleres.
De trabajo autónomo:
a Elaboración individual de ensayos,
b Trabajos y exposiciones,
c Pruebas orales o escritas,
d Resolución de guías didácticas,
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6. e Indagación bibliográfica.
Otras
TEXTOS
BÁSICOS
AUTOR; TÍTULO; EDICIÓN Y AÑO
1 Norman S. Nise., Control systems engineering ,7a. Edition, John Wiley & Sons, 2015
2 Richard C. Dorf, Robert H. Bishop, Modern Control Systems, 13th. edición, Pearson Educación, 2017
3 Ogata, Katsuhiko, Ingeniería de control moderna, 5ta. Edición; Madrid: Pearson, 2010
7. Bibliografía
LECTURAS
SUGERIDAS
1 Carlos A. Smith, Armando B. Corripio; Control automático de procesos : teoría y práctica; 2a. edición; México, D. F. : Limusa Wiley,
2014.
2 Ogata, Katsuhiko, System Dynamics. 4th Ed., 6a reprint 2018. Uttar Pardesh, India : Pearson Education, 2013
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