INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

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1 PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Control Digital. SEMESTRE: Octavo OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará controladores discretos del tipo convencional y no convencional utilizados en el control computarizado de procesos industriales, que involucren los principios básicos requeridos para el análisis y control de variables como: temperatura, flujo, presión y de los servomecanismos en general. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Introducción al Control Digital. II. Análisis de los Sistemas Digitales en el Dominio de la Transformada Z. III. Análisis de Sistemas Digitales con la Técnica de la Variable de Estados. IV. Diseño de Controladores Digitales. METODOLOGÍA: Consulta en libros de texto de unidades o temas por parte del alumno y definidos por el profesor. Participación de los alumnos en la solución de problemas en clase y extra clase. Exposición por parte del profesor y los alumnos empleando: presentaciones en Power Point, acetatos, prototipos, rotafolios y foro. Realización de práctica de laboratorio. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Se evaluará con tres exámenes departamentales, Primer examen unidad I, Segundo examen unidades II y III, Tercer examen unidad IV. La calificación de la teoría será el promedio de los tres exámenes departamentales con un valor de 70%, elaboración y entrega de un reporte por práctica de laboratorio efectuada y el promedio de las calificaciones obtenidas tendrá un valor del 20%. Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%. La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría, en el laboratorio, participaciones, tareas, trabajos y, actividades extra clase. BIBLIOGRAFÍA: Ogata, Katsuhiko. Sistemas Discretos Pearson. 4 edición USA 2004, 965 págs. ISBN: Proakis John G. Manolakis Dimitris G. Tratamiento Digital de Señales, Editorial Prentice Hall, 3 edición, 976 págs. Soliman Samir S. y Srinath Mandyam T. Señales y Sistemas Continuos y Discretos, Editorial Prentice Hall, 2 edición, 542 págs. Verlag Springer. Digital Control Systems.- Volumen I y II, 2ª. edición, 460 págs. editorial Wiley Software de Apoyo: CC/System Technology, Inc./Veresión 4.0 Mat Lab / Math Works Inc./Versión 4.0 Mat Lab Tools Control Systems Analysis and Design

2 ESCUELA: ESIME Unidades Culhuacan y Zacatenco CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica OPCIÓN: Control COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica. ASIGNATURA: Control Digital. SEMESTRE: Octavo CLAVE: CRÉDITOS:7.5 VIGENTE: 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico Práctica- (Optativa). MODALIDAD: Escolarizada TIEMPOS ASIGNADOS HRS./SEMANA / TEORÍA: HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 1.5 HRS./TOTALES / SEMANA: 4.5 HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54.0 HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 27.0 HRS./TOTALES: 81.0 PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academias de Control de la ESIME, Unidades Culhuacan y Zacatenco AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN. APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar de Culhuacan y Zacatenco. ing., Ernesto Mercado Escutia E.S.I.M.E. Culhuacan M. en C. Jesús Reyes García E.S.I.M.E. Zacatenco

3 ASIGNATURA: Control Digital. CLAVE HOJA: 2 DE 8 FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA Los sistemas presentes en la vida cotidiana, en gran parte son digitales por lo que es importante que el Ingeniero en Comunicaciones especialista en Control, debe dominar el análisis y diseño de tales sistemas. El presente curso abarca temas que proporcionan las bases necesarias para que el alumno pueda analizar, interpretar y desarrollar control de sistemas muestreados. Es importante que el alumno tenga presente que aun cuando se tiene en la realidad, sistemas analógicos éstos se digitalizan para manejarlos desde otra perspectiva en el área de control, lo que le permitirá el manejo y operación de los sistemas físicos para mejorar la respuesta de los mismos. Las asignaturas antecedentes son: Álgebra, Ecuaciones diferenciales, Cálculo diferencial e integral, Transformada de Laplace. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno diseñará controladores discretos del tipo convencional y no convencional utilizados en el control computarizado de procesos industriales, que involucren los principios básicos requeridos para el análisis y control de variables como: temperatura, flujo, presión y de los servomecanismos en general.

4 ASIGNATURA: Control Digital. CLAVE: HOJA: 3 DE 8 No. UNIDAD I NOMBRE: Introducción al Control Digital. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diferenciará los diversos tipos de control digital, analizará sus efectos y diseñará sistemas maestreados utilizados en el control de procesos industriales. No. TEMA T E M A S HORAS T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA Conceptos básicos y antecedentes históricos del control digital. Esquemas de control digital Control digital directo Control supervisorio Control jerárquico Conceptos de adquisición y distribución de datos. Teoría de muestreo y reconstrucción de señales. Teorema de muestreo Muestreadores Retenedores Convertidores A/D y D/A Diagrama a bloques de los convertidores. Errores de conversión. IB, 5B y 2C Subtotal de Horas 14.0 ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda de información en bibliografía sobre sistemas digitales, identificación y descripción de los elementos en dichos sistemas, realización de ejercicios y exposición de los temas propuestos en grupo y/o individual bajo la supervisión del profesor, realización de prácticas y tareas extraclase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Primer examen departamental, Unidad I 70% Participación en clase, tareas y actividades extra clase 10% Prácticas del laboratorio 20%

5 ASIGNATURA: Control Digital CLAVE HOJA: 4 DE 8 No. UNIDAD II NOMBRE: Análisis de los Sistemas Digitales en el Dominio de la Transformada Z. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los diferentes métodos de solución a problemas de control digital en el dominio de la variable Z. No. TEMA T E M A S Definición de la transformada Z. Evaluaciones de transformada Z de funciones elementales.. Correspondencia entre el plano S y el plano Z HORAS T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA IB. 4C y 5B 2.4 Propiedades y teoremas básicos en transformada Z. 2.5 Técnicas de la transformada Z inversa Método de las fracciones parciales. Método de la división Método de la integral de inversión. Método computacional. Análisis de la función de transferencia pulso. Métodos de la transformada Z para la solución de ecuaciones en diferencias. Análisis de la estabilidad para los sistemas digitales. Método de Jury. Método de Schur-Cohn. Método de Routh-Hurwitz. Diagramas a bloques de sistemas digitales. Gráficas de señales de flujo. Subtotal de Horas ESTRATEGIA DIDÁCTICA Interacción entre el profesor y el alumno a través de tareas, exposiciones, orientaciones y ayudas para la solución conjunta de ejercicios. Realización de prácticas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Primer examen departamental, unidad I 70% Participación en clase, tareas y actividades extra clase 10% Prácticas del laboratorio 20%

6 ASIGNATURA: Control Digital CLAVE: HOJA: 5 DE 8 No. UNIDAD III NOMBRE: Análisis de Sistemas Digitales con la Técnica de la variable de Estados. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará el comportamiento de los sistemas digitales con la técnica de la variable de estados. No. TEMA T E M A S HORAS T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA Representación de sistemas de control digital en espacio de estados. Solución de ecuaciones de estado en tiempo discreto. Determinación de ecuación característica, los eigenvalores y eigenvectores. Métodos computacionales para la solución de la matriz de transición de estados. IB y 3C Subtotal de horas ESTRATEGIA DIDÁCTICA Interacción entre el profesor y el alumno a través de tareas, exposiciones, orientaciones y ayudas para la solución conjunta de ejercicios. Simulación de sistemas digitales como prácticas de laboratorio, efectuando reporte y conclusiones en foro. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Realización del segundo examen departamental que abarca la unidad II y III, con un valor del 70% Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%. Reporte de práctica de laboratorio con un valor del 20%

7 ASIGNATURA: Control Digital CLAVE: HOJA: 6 DE 8 No. UNIDAD IV NOMBRE: Diseño de Controladores Digitales OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará controladores discretos del tipo PID y realizará el ajuste de sus parámetros basados en criterios de estabilidad absoluta y relativa. No. TEMA T E M A S HORAS T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 4.1 Introducción al controlador digital. IB y 5B 4.2 Uso de la técnica de transformación bilineal para diseño de controladores digitales, 4.3 Empleo de la técnica del lugar geométrico de las raíces para el diseño de controladores Diseño del controlador PID digital. 1 Subtotal de horas ESTRATEGIA DIDÁCTICA Verificación de hipótesis y desarrollo de los temas aplicando estrategias tanto analíticas como de simulación digital en la resolución de los problemas, realización de prácticas de laboratorio y reporte. Diseño de un controlador digital. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Realización del tercer examen departamental que abarca la unidad IV, con un valor del 70% Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%. Reporte de práctica de laboratorio con un valor del 20%

8 ASIGNATURA: Control Digital CLAVE: HOJA: 7 DE 8 RELACIÓN DE PRÁCTICAS PRACT. No. 1 2 NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN Elaboración de un convertidor D/A con un amplificador operacional. Simulación por software de un convertidor A/D. I I Todas las prácticas se realizarán en el laboratorio de control 3 Simulación por software de sistemas continuos II 4 Simulación por software de sistemas muestreados. II Solución de ecuaciones de diferencia con la computadora empleando el método de la transformada Z. II 6 Simulación por software de una planta representada por su función de transferencia pulso. III 7 Uso de la computadora para resolver matrices de transición de estados. IV 8 Elaboración de un controlador PID digital, haciendo uso de la computadora o de un microprocesador. IV 4.5 Total de horas 27.0

9 ASIGNATURA: Control Digital CLAVE: HOJA: 8 DE 8 PERÍODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 1º 2º 3º I II y III IV Evaluación con tres exámenes departamentales el cual tendrá un valor del 70%. Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%. Cada alumno elaborará y entregará un reporte técnico por práctica de laboratorio efectuada, y el promedio de las calificaciones obtenidas tendrá un peso del 20%. 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 Ogata Katsuhiko, Sistemas Discretos Pearson. 4 Edición USA 2004, 965 pages. ISBN: X X Verlag, Springer. Digital Control Systems.- Volumen I y II, 2ª. Edición, 460 páginas, editorial Wiley Software de Apoyo: CC/System Technology, Inc./Veresión 4.0 Mat Lab / Math Works Inc./Versión 4.0 Mat Lab Tools Control Systems Analysis and Design 4 X Soliman, Samir S. y Srinath, Mandyam T. Señales y Sistemas Continuos y Discretos, Editorial Prentice Hall, segunda edición, 542 páginas 5 X Proakis, John G. Manolakis, Dimitris G. Tratamiento Digital de Señales, Editorial Prentice Hall, Tercera edición, 976 páginas

10 1. DATOS GENERALES PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidades Culhuacan y Zacatenco. CARRERA Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica. SEMESTRE Octavo ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM. ACADEMIA: Control ASIGNATURA: Control Digital. (Optativa, Opción Control) ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Licenciatura: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica, Ingeniería en Control y Automatización, Ingeniería Eléctrica o Ingeniero Mecánico Electricista. 2. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA: El alumno diseñará controladores discretos del tipo convencional y no convencional utilizados en el control computarizado de procesos industriales, que involucren los principios básicos requeridos para el análisis y control de variables como: temperatura, flujo, presión y de los servomecanismos en general. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS Control Digital Directo Control Supervisorio Control Jerárquico Adquisición y Distribución de Datos Convertidores A/D y D/A Diseño de Controladores Digitales EXPERIENCIA PROFESIONAL En la selección, aplicación, operación y diseño de sistemas de control muestreado o digital aplicado a la industria manufacturera, petroquímica, química o en el desarrollo de software. HABILIDADES Comunicación Establecimiento de climas favorables al aprendizaje. Transferencia del conocimiento teórico a la solución de problemas. Análisis y síntesis. Para motivar al auto estudio, el razonamiento y la investigación. Manejo de grupos ACTITUDES Critica fundamentada Respeto Tolerancia Compromiso con la docencia. Ética Responsabilidad Científica Colaboración Superación docente y profesional. Cooperativa Liderazgo. Compromiso social. ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ Ing. Raúl De la Torre y García. Ing. Ruben Juarez Barrientos M en C Jesús Reyes García M en C Eduardo Lázaro Castillo Ing. Guillermo Santillán Guevara Ing Ernesto Mercado Escutia. Presidentes de Academia Control Subdirectores Académicos Directores FECHA: 2006