Control Moderno y Optimo (MT 227)

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Departamento Académico de Ingeniería Aplicada Sílabo Control Moderno y Optimo (MT 227) Profesores: Garrido Juárez, Rosa Villota Cerna, Elizabeth

2 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA APLICADA 1. INFORMACIÓN GENERAL SILABO NOMBRE DEL CURSO : CONTROL MODERNO Y OPTIMO CÓDIGO DEL CURSO : MT227 ESPECIALIDAD : M6 CICLO : 2009-II PRE-REQUISITO : MT226 NÚMERO DE CREDITOS : 03 CONDICIÓN : OBLIGATORIO EXTENSIÓN HORARIA : Teoría: 02 Práctica: 02 SISTEMA DE EVALUACIÓN : F DURACIÓN : 14 SEMANAS PROFESORAS : Rosa Mercedes Garrido Juárez rosag@terra.com.pe Elizabeth Villota Cerna elvillota@gmail.com 2. OBJETIVOS a) OBJETIVOS GENERALES Al final del curso, los estudiantes habrán adquirido los principios básicos de la teoría de control moderno aplicados a procesos de diferente naturaleza (eléctricos, mecánicos, electromecánicos, térmicos, etc.) con el propósito de diseñar controladores lineales de complejidad moderada. b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS Al finalizar el curso el alumno deberá: Diseñar algoritmos de control, para sistemas lineales invariantes en el tiempo, mediante técnicas de Espacio-Estado. Diseñar algoritmos de control, usando técnicas de optimización como la del Regulador Lineal Cuadrático (LQR) y Control Lineal Cuadrático Gaussiano (LQG). 2

3 3. SUMILLA El curso consiste en el análisis, diseño y síntesis de los sistemas de control lineales invariantes en el tiempo. Los temas a desarrollarse comprenden modelados lineales versus modelos no lineales. En el modelado lineal se utiliza el descriptor de espacio estado en sus diferentes formas canónicas, así como el análisis del comportamiento local y global, alcanzabilidad y realimentación de estados, detectabilidad y estimación de estados. En las técnicas de diseño se utiliza la ubicación de polos y las técnicas de optimización como LQR y LQG. 4. PROGRAMA ANALÍTICO CALENDARIZADO CONTENIDO TEMÁTICO SEM AVANCE Parc Tot 1. INTRODUCCIÓN AL CONTROL MODERNO Introducción a la retroalimentación y control Introducción al modelado. Representación espacio de estados. 01 1/15 % 6.67% Laboratorio 0 Introducción al MatLab para el control 2. COMPORTAMIENTO DINAMICO DE SISTEMAS Modelado y análisis cualitativo de modelos Linealización 02 1/ % Laboratorio 1 Modelado Espacio Estado Sistemas Lineales invariantes en el tiempo (LTI) Análisis de sistemas lineales: solución de espacio estado Laboratorio 2 Sistemas LTI en Matlab y Respuesta al Espacio Estado Transformaciones Canónicas, Forma controlable, Observable y Modal. Primera práctica Calificada 03 1/ % 04 1/ % 3

4 3. DISEÑO DEL CONTROLADOR MEDIANTE VARIABLE DE ESTADO Introducción. - Diseño mediante la ubicación de polos. Definición de Controlabilidad. Estabilización. Selección de Polos. Acción integral Laboratorio 3 Introducción al diseño de Controladores. Observabilidad. Diseño de Estimadores de Estado.- Estimadores de Orden Completo. Laboratorio 4 Diseño de sistemas de control usando controladores y observadores Estimadores de Orden Reducido.-Selección de Polos para Estimadores Diseño del Compensador. Introducción a la entrada de referencia. Segunda práctica calificada 05 1/ % 06 1/ % 07 1/ % Examen Parcial CONTROL OPTIMO 09 1/ % Estabilidad. Funciones de Lyapunov. Índices de desempeño. Definición.- Tipos. Especificaciones. Laboratorio 5 Introducción al control Optimo Sistemas de Control óptimo cuadrático (LQR). Laboratorio 6 Diseño de Controladores óptimos LQR 10 1/ % Problema de seguimiento en el control lineal cuadrático Laboratorio 7 Diseño de Controladores óptimos LQR Filtro de Kalman Tercera Práctica Calificada Regulador cuadrático Lineal Gaussiano (LQG) Laboratorio 8 Diseño de un Regulador Cuadrático Lineal Gaussiano (1) Filtro de Kalman extendido Laboratorio 9 Diseño de un Regulador Cuadrático Lineal Gaussiano (2) 11 1/ % 12 1/ % 13 1/ % 14 1/ % 4

5 5. SEMINARIO DE CONTROL Y AUTOMATIZACION Exposición de temas relacionados a nuevas teorías de control así como a modernas tecnologías de automatización de sistemas. Cuarta Practica Calificada 15 1/ % Examen Final MÉTODO DEL PROCESO DE ENSEÑANZA - APRENDIZAJE Exposición teórica por parte del profesor ante pizarra, auxiliándose de material didáctico, como proyector multimedia y computadora. El curso esta disponible para todos los alumnos en la plataforma virtual y donde se encuentran archivos de interés y enlaces relacionados al curso y un tablón de anuncios donde cada profesor puede colgar avisos importantes. Las exposiciones prácticas se dan en el laboratorio con ayuda del software Matlab y Simulink. Se induce al trabajo en grupo dejando trabajos de simulación fuera del aula. Material de ayudas para la enseñanza: pizarra, plumones, proyector multimedia y computadora. 6. EVALUACIÓN 1. Sistema De Evaluación: F El curso tiene 04 prácticas calificadas y dos exámenes Parcial y Final. Las prácticas pares serán evaluadas 50% en aula (test) y un 50% trabajo domiciliario que debe ser sustentado. El Promedio final (PF) según el sistema F : EP + 2 EF + PP PF = 4 Donde: EP: Examen Parcial PP: Promedio de Prácticas EF: Examen Final. 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Katsuiko Ogata, Ingeniería de Control Moderna, Prentice Hall, Gene F. Franklin, J. David Powell, Feedback Control of Dynamic Systems, Addison- Wesley Iberoamericana,

6 3. Chi Tsong Chen, Linear system theory and Design, Oxford University Press, Benjamín Kuo, Sistemas de Control Automático, Prentice Hall, Séptima Edición, Graham Goodwin, Stefan. Graebe, Mario Salgado, Control System Design, Prentice Hall, Eronini Umez Eronini, Dinámica de Sistemas de Control, Thomson Learning, William L. Brogan, Modern Control Theory, Prentice Hall, Paul H. Lewis- Chang Yang, Sistemas de Control en Ingeniería, Prentice Hall, Charles L. Phillips, Royce D. Harbor, Feedback Control Systems,Prentice Hall, Frank L. Lewis ans Vassilis L. Syrnos,Optimal Control,Segunda Edición,. 11. Donald E. Kirk Optimal Control Theory An Introduction, Dover Publications, Dorato, C.T. Abdallah, V. Cerone. Linear Quadratic Control An Introduction Krieger Publishing, Melbourne, FL, Brian D.O. Anderson John B. Moore Optimal Control Linear Quadratic Methods, Prentice Hall, Englewood Cliff, NJ, H. Kwakernaak, R. Sivan, Linear Optimal Control Systems, John Wiley and Sons, New York, NY R.F. Stengel, Optimal Control and Estimation, Dover Publications, Páginas Web. 16. Revistas. 17. Aulas Virtuales. 18. Fórums 6