INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

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1 PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería en Sistemas Automotrices. ASIGNATURA: Teoría de Control. SEMESTRE: Séptimo OBJETIVO GENERAL: Evaluar el desempeño de sistemas de control en tiempo continuo y en sistemas lineales en la frecuencia, aplicando los conceptos básicos del control de sistemas lineales, para la respuesta dinámica de un sistema. CONTENIDO SINTETICO: I. Conceptos Básicos de Control de Sistemas Lineales. II. Análisis en Estado Transitorio. III. Análisis en Estado Estable. IV. Acciones Básicas de Control. V. Análisis de Sistemas Lineales en la Frecuencia. METODOLOGÍA: El profesor a través del método histórico enlistará los conceptos básicos de Control de Sistemas Lineales, con ayuda de información extraída de las tecnologías de información que utilice el alumno. El profesor asociará los conceptos básicos con el análisis en estado estable y transitorio. El alumno aplicará análisis de estado estable y transitorio en la solución de problemas donde se reflejen las acciones básicas de control. Por medio de programas computacionales el alumno evaluará sistemas lineales en la frecuencia. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Se evaluará con tres exámenes departamentales. La calificación de la teoría será el promedio de los tres exámenes departamentales, Prácticas de laboratorio Participación en clase, tareas y trabajos La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría, en el laboratorio. BIBLIOGRAFÍA: 1. D azzo, J.J., Houpins, C.H., Feedback Control System Analysis and Synthesis, paginas 824, Ed. Mc Graw Hil, 1966 Second Editión; Japón, ISBN: X 2. Eronini Umez-Eronini; Dinámica de Sistemas y Control; paginas 993,, Ed. Thomas Learning, 2001, Primera Edición; México, ISBN: Harrison, Howard L. y Bolinger, John G., Controles Automáticos, paginas 785,,Editorial, Trillas; México, ISBN: Kuo, Benjamin C.; Sistemas Automáticos de Control; paginas 897, Ed. Prentice Hall, 1996, Séptima Edición; México, ISBN Ogata, Katsuhiko; IngenierÍa de Control Moderna; paginas 965, Ed. Prentice Hall, 2002, Cuarta Edición; México, ISBN:

2 ESCUELA: SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA CARRERA: Ingeniería en Sistemas Automotrices, Ingeniería en Sistemas Computacionales. OPCIÓN: Control de Sistemas Automotrices. COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: ASIGNATURA: Teoría de Control SEMESTRE: Séptimo CLAVE: CRÈDITOS: 6.0 VIGENTE: Agosto 2010 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico - Práctica MODALIDAD: Presencial. TIEMPOS ASIGNADOS HRS/SEMANA/TEORÍA: HRS/SEMANA/PRÁCTICA: HRS/SEMESTRE/TEORÍA: 27 HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 54 HRS/TOTALES: 81 PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Colegio de Ingeniería en Sistemas Automotrices REVISADO POR: Comisión de Programas Académicos de ISISA APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar: Ing. Miguel Álvarez Montalvo, Ing. Jorge Gómez Villarreal, M. en C. Jesús Reyes García, M en C Miguel Ángel Rodríguez Zuno, M. en C. Arodí Rafael Carballo Domínguez, Ing. Apolinar Francisco Cruz Lázaro, Lic. Josefina González de la Riva y Ing. Eusebio Vega Pérez AUTORIZADO POR: Comisión de Programas Académicos del Consejo General Consultivo del IPN: Ing. Rodrigo de Jesús Serrano Domínguez Secretario Técnico de la Comisión de Programas Académicos

3 ASIGNATURA: Teoría de Control CLAVE: HOJA: 3 DE 11 FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA En la formación del Ingeniero en Sistemas Automotrices, es necesario que el alumno tenga el dominio del análisis y la síntesis de los sistemas de control, como un medio por el cual el egresado de ésta carrera pueda comprender, analizar y proponer soluciones, ante posibles disturbios que se presenten en los sistemas dinámicos. Por esta razón, es de gran importancia el estudio de los sistemas de control tanto en estado transitorio como en estado estable, ya sea que el sistema se encuentre operando en tiempo continuo o en la frecuencia. Los avances más destacados en los sistemas automotrices son relacionados al control del fenómeno físico que determina el funcionamiento de cada sistema, por lo que la teoría de control es la línea de investigación que aplica prácticamente los conocimientos de las demás asignaturas que cursa el Ingeniero en Sistemas Automotrices. Las asignaturas antecedentes son: Electrónica I, Ecuaciones Diferenciales, Análisis de circuitos de corriente directa y corriente alterna. Las asignaturas consecuentes son: con Sistemas de Control de Modelos Automotrices y Autos Eléctricos. Las asignaturas colaterales son: Interfaces y Microcontroladores, Electrónica Operacional y de Potencia. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA Evaluar el desempeño de sistemas de control en tiempo continuo y en sistemas lineales en la frecuencia, aplicando los conceptos básicos del control de sistemas lineales, para la respuesta dinámica de un sistema.

4 ASIGNATURA: Teoría de Control CLAVE: HOJA: 4 DE 11 N UNIDAD: I NOMBRE: Conceptos Básicos de Control de Sistemas Lineales. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Contextualizar los conceptos que integran los sistemas de control acorde a su estructura de lazo abierto y cerrado, con base en los conceptos de precisión y exactitud, para la obtención de la linealidad de los sistemas y principios de superposición y casualidad de los mismos Concepto de sistema, control, respuesta, etc. Estructura de los sistemas de control (lazo abierto, lazo cerrado). HORAS T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1C, 2B, 3B, 4B, 5C 1.3 Concepto de precisión, exactitud, rapidez, estabilidad y robustez. 1.4 Casualidad de los sistemas. Linealidad de los sistemas y principio de superposición ESTRATEGIA DIDÁCTICA El profesor categorizará los fenómenos físicos que intervienen en el control de los sistemas automotrices, para generar una línea de tiempo de los sistemas de control. El profesor asociará la estructura de los sistemas de control para demostrar la linealidad de los mismos. Se discutirá grupalmente los principios de superposición, demostrando la causalidad de los sistemas. El alumno investigará la estructura de los sistemas de control, apoyándose de las tecnologías de la información. El alumno participará contextualizando la estructura de los sistemas de control de lazo abierto y cerrado con base en los conceptos de precisión y exactitud, para los sistemas automotrices más importantes. Examen departamental 50% Participación en clase 20% Reporte de investigación 20% Tareas 10% Esta unidad se evalúa junto con la unidad II. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

5 ASIGNATURA: Teoría de Control CLAVE: HOJA: 5 DE 11 N UNIDAD: II NOMBRE: Análisis en Estado Transitorio. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Analizar la respuesta transitoria de un sistema de control, con base en las señales normalizadas de prueba, los sistemas propios e impropios y la influencia de los polos dominantes en la respuesta dinámica, para el sustento de estabilidad de un sistema de control Señales normalizadas de prueba (escalón, rampa, impulso, parábola). Sistemas propios e impropios. HORAS T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1C, 2B, 3B, 4B 2.3 Respuesta y análisis de sistemas de primer orden. 2.4 Respuesta y análisis de sistemas de segundo orden Influencia de los polos dominantes en la respuesta dinámica de un sistema. Respuesta y análisis de sistemas de orden superior. Análisis de estabilidad (criterio de Routh) ESTRATEGIA DIDÁCTICA El profesor explicará el uso de las señales normalizadas de prueba a través de la modernización de los sistemas de control. El profesor ejemplificará la respuesta transitoria de los sistemas de control, definiendo sus características más importantes como la dinámica de un sistema de control. El alumno con las tecnologías de la información realizará un mapa conceptual de los sistemas de control y sus respuestas. El alumno realizará prácticas de análisis de la respuesta transitoria de un sistema de control para probar la respuesta a diferentes señales normalizadas de prueba, utilizando el análisis de estabilidad e identificando la influencia de los polos dominantes en la respuesta dinámica de un sistema. Examen departamental 50% Mapa conceptual 10% Participación en clase 10% Reporte de las prácticas 1, 2 y 3 con un valor del 30%. Esta unidad se evalúa junto con la unidad I. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

6 ASIGNATURA: Teoría de Control CLAVE: HOJA: 6 DE 11 N UNIDAD: III NOMBRE: Análisis en Estado Estable. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Establecer la ecuación de error en el teorema del valor final de los sistemas de control, acorde al número de polos, al cálculo de ganancias y de los coeficientes de error, para el diseño de un controlador. 3.1 La ecuación del error HORAS T P EC 2.0 CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1C, 2B, 3B, 4B, 5C 3.2 Clasificación de los sistemas en base al número de polos en el origen (Tipo-0, tipo-1, etc.). 3.3 El teorema del valor final aplicado al análisis del error de los sistemas de control en régimen permanente. 3.4 Análisis del error en sistemas Tipo-0, Tipo-1, etc., ante las señales de prueba (constante de error estático) Cálculo de ganancias en base a los coeficientes de error ESTRATEGIA DIDÁCTICA El profesor deducirá la ecuación del error y su aplicación, apoyado del pizarrón para presentar el desarrollo y evaluación de diversos diagramas de magnitud y fase. El alumno con la supervisión del profesor realizará ejercicios que le apoyen en la práctica del cálculo de ganancias con base en los coeficientes de error. El alumno desarrollará prácticas de laboratorio del diseño de un controlador, clasificando los sistemas con base en el número de polos y el análisis de error en sistemas tipo 0 y 1 según las señales de prueba. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Examen departamental 50% Participación en clase 10%. Ejercicios 10% Reporte de práctica 4 de laboratorio con un valor del 30%. Esta unidad se evalúa junto con la unidad IV.

7 ASIGNATURA: Teoría de Control CLAVE: HOJA: 7 DE 11 N UNIDAD: IV NOMBRE: Acciones Básicas de Control. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Establecer el comportamiento de las acciones básicas de control automático, a partir los tipos de controles, para la sintonización del controlador industrial PID Control de dos posiciones. Control proporcional (P). Concepto de amplificación y ganancia. Error de estado estable. HORAS T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1C, 2B, 3B, 4B, 5C Control integral (I). Corrección del error en régimen permanente. 4.4 Control proporcional-integral (PI). 4.5 Acción derivativa (D). 4.6 Control proporcional-integral-derivativo (PID). 4.7 Sintonización del controlador PID. 4.8 Ejemplos de sistemas controlados con PID Control por lazo menor. Efecto estabilizante del lazo menor Análisis de estabilidad de sistemas controlados con las acciones (P), (I), (PI), (PID). ESTRATEGIA DIDÁCTICA El profesor explicará el comportamiento de las acciones básicas de control automático mostrando los tipos de control automático y su sintonización. El profesor ejemplificará con ejercicios de sintonización del controlador PID, su uso en los sistemas automotrices. El alumno simulará el control automático de un sistema automotriz, donde establezca el comportamiento de cada acción de control. El alumno desarrollará prácticas de simulación con el uso de las tecnologías de la información que le permitirán obtener un análisis de estabilidad de sistemas controlados. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Examen departamental 50%. Simulación 20%. Reporte de práctica 5 y 6 de laboratorio con un valor del 30%. Esta unidad se evalúa junto con la unidad III.

8 ASIGNATURA: Teoría de Control CLAVE: HOJA: 8 DE 11 N UNIDAD: V NOMBRE: Análisis de Sistemas Lineales en la Frecuencia. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Plantear procesos automáticos de control, con base en los trazos, análisis de sistemas mediante graficas polares y logarítmicas, el sistema Nichols y los criterios de estabilidad de Nyquist, para la evaluación de un sistema de control automático Concepto de ganancia y fase Justificación de la sustitución de s por j. Obtención de la respuesta a la frecuencia en forma experimental. Trazo y análisis de sistemas mediante gráficas polares. Sistemas de primer orden. Sistemas de segundo orden. Sistemas de orden superior. Mapeo de contornos. Aplicación y criterios de estabilidad de Nyquist. Estabilidad relativa (margen de ganancia y margen de fase). Trazo y análisis de sistemas mediante gráficas logarítmicas. Sistemas de primer orden. Sistemas de segundo orden. Sistemas de orden superior. Estabilidad relativa (margen de ganancia y margen de fase). Relación entre la respuesta temporal y la respuesta en la frecuencia. Lugares de amplitud constante y fase constante. Trazo de análisis de sistemas mediante la carta de Nichols. HORAS T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA ESTRATEGIA DIDÁCTICA El profesor desarrollará un proceso automático explicando cada uno de sus trazos apoyado de las tecnologías de la información. El alumno plantea procesos de automáticos de control de funcionamiento de sistemas automotrices. El alumno desarrollará prácticas de laboratorio donde realizará trazos de gráficas polares, logarítmicas y sistema de Nichols, tomando en cuenta los criterios de estabilidad de Nyquist, para acumular los conocimientos previos para el estudio de PLC s 2B, 3B, 4B, 5C Examen departamental 50%. Planteamiento del proceso 20%. Reporte de práctica 30%. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

9 ASIGNATURA: Teoría de control CLAVE: HOJA: 9 DE 11 RELACIÓN DE PRÁCTICAS PRÁCT NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN Estructura de los sistemas de control (lazo abierto, lazo cerrado). Precisión, exactitud, rapidez, estabilidad y robustez. Casualidad de los sistemas Análisis de sistemas de primer orden (lazo abierto y lazo cerrado). I I I II Todas las prácticas se realizarán en el Laboratorio relacionado, según la Unidad Académica en que se imparta. 5 Análisis de sistemas de segundo orden (lazo abierto y lazo cerrado). II 6 Análisis de sistemas de orden superior. II 7 Análisis de estabilidad (criterio de Routh) II 8 Regulación de velocidad y análisis del error en un sistema Tipo-0 y Tipo-1. III Cálculo de ganancias en base a los coeficientes de error. III Análisis de las acciones básicas de control (P, I, D). IV 11 Análisis de las acciones básicas de control (PI, PID) IV 12 Sintonización de controladores PID. IV 13 Análisis de estabilidad de sistemas controlados con las acciones (P), (I), (PI), (PID). IV 14 Obtención de la respuesta a la frecuencia mediante pruebas. V 15 Respuesta a la frecuencia de sistemas de primer orden en lazo abierto y en lazo cerrado. V 16 Respuesta a la frecuencia de sistemas de segundo orden en lazo abierto y en lazo cerrado. V 54.0

10 ASIGNATURA: Teoría de Control CLAVE: HOJA: 10 DE 11 PERÍODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN I y ll III y IV V Examen departamental 50% Participación en clase 20% Reporte de investigación, tareas y reporte de prácticas de laboratorio 30% Examen departamental 50% Participación en clase, ejercicios y simulación 20%. Reporte de prácticas de laboratorio 30%. Examen departamental 50%. Planteamiento del proceso 20%. Reporte de práctica 30%. La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría, en el laboratorio y; participaciones, tareas, trabajos, y actividades extra clase. Siempre y cuando, la teoría y el laboratorio sean aprobatorios. CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 X D azzo, J.J., Houpins, C.H., Feedback Control System Analysis and Synthesis, paginas 824, Ed. Mc Graw Hil, 1966 Second Editión; Japón, ISBN: X. 2 X Eronini Umez-Eronini; Dinámica de Sistemas y Control; paginas 993, Ed. Thomas Learning, 2001, Primera Edición; México, ISBN: X Harrison, Howard L. y Bolinger, John G., Controles Automáticos, paginas 785, Editorial, Trillas; México, ISBN: X X Kuo, Benjamin C.; Sistemas Automáticos de Control; paginas 897, Ed. Prentice Hall, 1996, Séptima Edición; México, ISBN: Ogata, Katsuhiko; IngenierÍa de Control Moderna; paginas 965, Ed. Prentice Hall, 2002, Cuarta Edición; México, ISBN:

11 1. DATOS GENERALES INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Sistemas Automotrices SEMESTRE: Séptimo ÁREA: Básicas C. Ingeniería D. Ingeniería C. Soc. y Hum. ACADEMIA: Sistemas Automotrices. ASIGNATURA: Teoría de Control ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Licenciatura en Ingeniería en Control y Automatización, Ingeniería en Sistemas Automotrices 2. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA: Evaluar el desempeño de sistemas de control en tiempo continuo y en sistemas lineales en la frecuencia, aplicando los conceptos básicos del control de sistemas lineales, para la respuesta dinámica de un sistema. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES Interfases. Control y Automatización de Procesos. Microcontroladores. Microprocesadores. Manejo de lenguaje ensamblador. Programación de PLC s. 3 años en la docencia o experiencia en dar cursos. Desarrollo de proyectos usando microcontroladores, Microprocesadores y PLC s. Facilidad de comunicación Manejo de grupo Motivar al autoestudio, al razonamiento y la investigación. Realizar analogías y comparaciones en forma simple. Compromiso social. Responsabilidad. Ética. Superación docente y profesional. Cooperativa Investigación Paquetería, programación y diseño computacional. Desarrollo de interfases. Proyectos de electrónica. Manejo de los nuevos modelos educativos y de las TIC ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ Ing. Domitilo Libreros PROFESOR COLABORADOR Ing. Guillermo Santillán Guevara SUB DIRECTOR ACADEMICO DIRECTOR DE LA UNIDAD M. en C. Jesús Reyes García FECHA: Agosto 2010