Capítulo 1 Introducción Mecatrónica Sistemas de medición Ejemplos de diseño... 5

Transcripción

1 ÍNDICE Listas... ix Figuras... ix Tablas... xv Temas para discusión en clase... xvi Ejemplos... xviii Ejemplos de diseño... xix Ejemplos de diseño encadenado... xx Prefacio... xxi Capítulo 1 Introducción Mecatrónica Sistemas de medición Ejemplos de diseño... 5 Capítulo 2 Circuitos eléctricos y sus componentes Introducción Elementos eléctricos básicos Resistencia Capacitor Inductor Leyes de Kirchhoff Circuito de resistencias en serie Circuito de resistencias en paralelo Fuentes y medidores de voltaje y corriente Circuitos equivalentes de Thevenin y Norton Análisis de circuitos de corriente alterna Potencia en circuitos eléctricos Transformador Acoplamiento de impedancia Aterrizado e interferencia eléctrica Seguridad eléctrica Capítulo 3 Electrónica de semiconductores Introducción La física de semiconductores como base para comprender los dispositivos electrónicos Diodo de unión Diodo zener Reguladores de voltaje Diodos optoelectrónicos Análisis de circuitos de diodo Transistor bipolar de unión Física del transistor bipolar Circuito con transistor emisor común... 77

2 3.4.3 Interruptor con transistor bipolar Paquetes de transistor bipolar Transistor Darlington Fototransistor y optoaislante Transistores de efecto de campo Comportamiento de los transistores de efecto de campo Símbolos que representan transistores de efecto de campo Aplicaciones de los MOSFET Capítulo 4 Respuesta de sistema Respuesta de sistema Linealidad de la amplitud Representación de señales con series de Fourier Ancho de banda y respuesta de frecuencia Linealidad de la fase Distorsión de señales Características dinámicas de los sistemas Sistema de orden cero Sistema de primer orden Prueba experimental de un sistema de primer orden Sistema de segundo orden Respuesta escalón de un sistema de segundo orden Respuesta en frecuencia de un sistema Modelado y analogía entre sistemas Capítulo 5 Procesamiento de señales analógicas con el uso de amplificadores operacionales Introducción Amplificadores Amplificadores operacionales Modelo ideal para el amplificador operacional Amplificador inversor Amplificador no inversor Sumador Amplificador diferencial Amplificador de instrumentación Integrador Diferenciador Circuito de muestreo y retención Comparador El amp op real Parámetros importantes de las hojas de datos de los amp op Capítulo 6 Circuitos digitales Introducción Representaciones digitales Lógica combinacional y clases de lógica

3 6.4 Diagramas de tiempos Álgebra booleana Diseño de compuertas lógicas Defina el problema en palabras Escriba enunciados lógicos Escriba la expresión booleana Realización AND Dibuje el diagrama de circuito Cómo encontrar una expresión booleana dada una tabla de verdad Lógica secuencial Flip-flops Disparadores de flip-flops Entradas asíncronas Flip-flop D Flip-flop JK Aplicaciones de los flip-flops Eliminación de rebotes (debouncing) en interruptor Registro de datos Contador binario y divisor de frecuencia Interfaces en serie y en paralelo Circuitos integrados TTL y CMOS Uso de hojas de datos de CI del fabricante Configuraciones de salida del CI digital Interfaces entre dispositivos TTL y CMOS Circuitos integrados digitales de uso especial Contador de décadas Disparador Schmitt Temporizador Diseño de sistemas con circuitos integrados Símbolos digitales estándar IEEE Capítulo 7 Programación e interfaces de microcontroladores Microprocesadores y microcomputadoras Microcontroladores El microcontrolador PIC16F Programación de un PIC PicBasic Pro Fundamentos de programación en PicBasic Pro Ejemplos de programación en PicBasic Pro Uso de interruptores Interfaz PIC con periféricos comunes Teclado numérico Pantalla LCD Interfaces al PIC Entrada digital al PIC Salida digital desde el PIC Método para diseñar un sistema con base en microcontrolador Capítulo 8 Adquisición de datos Introducción

4 8.2 Teoría de cuantización Conversión analógico digital Introducción Convertidores analógico digital Conversión digital analógico Instrumentación virtual, adquisición de datos y control Capítulo 9 Sensores Introducción Medición de posición y velocidad Sensores e interruptores de proximidad Potenciómetro Transformador lineal diferencial variable Codificador óptico digital Medición de esfuerzo y deformación Medidor de deformación de resistencia eléctrica Medición de cambios de resistencia con un puente de Wheatstone Medición de diferentes estados de esfuerzo con medidores de deformación Medición de fuerza con celdas de carga Medición de temperatura Termómetro de vidrio Bimetálico Termómetro de resistencia eléctrica Termocople Medición de vibración y aceleración Acelerómetro piezoeléctrico Medición de presión y flujo Sensores semiconductores y dispositivos microelectromecánicos Capítulo 10 Actuadores Introducción Principios electromagnéticos Solenoides y relevadores Motores eléctricos Motores de CD Ecuaciones eléctricas para motor de CD Ecuaciones dinámicas de un motor de CD de imán permanente Control electrónico de un motor de CD de imán permanente Motores de pasos Circuitos impulsores del motor de pasos Selección de un motor Hidráulica Válvulas hidráulicas Actuadores hidráulicos Neumáticos Capítulo 11 Sistemas mecatrónicos: arquitecturas de control y casos de estudio Introducción

5 11.2 Arquitecturas de control Circuitos analógicos Circuitos digitales Controlador lógico programable Microcontroladores y DSP Computadora en una sola placa Computadora personal Introducción a la teoría del control Motor de CD controlado por armadura Respuesta de lazo abierto Control por retroalimentación de un motor de CD Diseño empírico de controlador Implementación del controlador Conclusión Caso de estudio 1: brazo robótico controlado mioeléctricamente Caso de estudio 2: diseño mecatrónico de un contador de monedas Caso de estudio 3: diseño mecatrónico de una máquina caminadora robótica Lista de varios sistemas mecatrónicos Apéndice A Fundamentos de medición A.1 Sistemas de unidades A.1.1 Tres clases de unidades SI A.1.2 Factores de conversión A.2 Cifras significativas A.3 Estadística A.4 Análisis del error A.4.1 Reglas para la estimación de errores Apéndice B Principios físicos Apéndice C Mecánica de materiales C.1 Relaciones de esfuerzo y deformación Índice