Instrumentación I Maestría en Ingeniería Electrónica. Dr. José Fermi Guerrero Castellanos FCE-BUAP

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1 + Instrumentación I Maestría en Ingeniería Electrónica Dr. José Fermi Guerrero Castellanos FCE-BUAP

2 + Contenido n Antecedentes n Panorama del curso n Formas de evaluación

3 + Antecedentes

4 + Contenido del curso 1. Características estáticas de los instrumentos n 1.1. Exactitud, n 1.2. Precisión, n 1.3. Sensibilidad, n 1.4. Repetibilidad, n 1.5. Sensibilidad, n 1.6. Histéresis, n 1.7. Otras definiciones relevantes.

5 + Contenido del curso 2. Variables Físicas n 2.1. Peso, n 2.2. Velocidad, n 2.3 Velocidad angular, (atención especial a los sensores MEMS) n 2.4 Aceleración, (atención especial a los sensores MEMS) n 2.5 Campo Magnético. n 2.6 Posición y velocidad mediante GPS

6 + Contenido del curso 3. Estaciones fundamentales en la instrumentación de procesos n 3.1. Temperatura, n 3.2. Presión, n 3.3. Caudal, n 3.4. Nivel n *Aplicaciones en la instrumentación de sistemas aeroespaciales

7 + Contenido del curso 4. Acondicionamiento de señal n 4.1. Elementos y arreglos para la transducción eléctrica, n 4.2. Filtrado, n 4.3. Amplificadores de Instrumentación, n 4.4. DAC y ADC, n 4.5. Multiplexores analógicos, n 4.6. Fundamentos de la adquisición de datos,

8 + Contenido del curso 5 Representación, modelado, identificación y simulación de sistemas, n 5.1. Representación n n Diagramas a bloques, Diagramas de instrumentación (Normas ISA S5.1 a ISA S5.5),* n n 5.2. Modelado de sistemas Caudal, n n Nivel, Intercambio de calor, n n Sistemas mecánicos de rotación y translación, 5.3. Identificación, (MATLAB Toolbox de Identification*) n 5.4. Simulación. (MATLAB\Simulink, Virtual Reality) y LabView

9 + Contenido del curso 6. Control de procesos y sistemas industriales n 6.1. Ventajas del feedback y Control PID, n Sintonización determinística, n Sintonización heurística, n 6.2. Control PID avanzado, n Predictor de Smith, n Control asíncrono n Control Mutlivariable,

10 + Contenido del curso n 6.3. Arquitecturas computacionales para el control de procesos, n Control Digital Directo (DDC), n Control PID sobre sistemas embebidos, n Control Supervisorio y de Adquisición de Datos (SCADA) n Control Distribuido (DCS) n 6.4. Protocolos de comunicación Industrial

11 + Evaluación n 30 % Tareas n 10 % Exámenes n 60 % Proyecto

12 + Instrumentación y control de un UAV tipo VTOL Subsistemas Sistema Mecánico Sistema de Computo de a bordo (hardware y software) basado en FPGA Suministro de energía (baterías y paneles solares) Estimación de la Actitud (Fusión de Sensores ) Control de la Actitud (estabilización y seguimiento) Actuadores Sistema de comunicaciones Estación terrestre

13 + Diagrama de sistema aéreo y estación terrestre

14 + Instrumentación, control e implementación de un Pico-Satélite Subsistemas Sistema Mecánico Sistema de Computo de a bordo (hardware y software) basado en FPGA Suministro de energía (baterías y paneles solares) Estimación de la Actitud (Fusión de Sensores ) Control de la Actitud (estabilización y seguimiento) Actuadores Sistema de comunicaciones Estación terrestre

15 + México y los sistemas aeroespaciales Misión: impulsar el desarrollo y divulgación de los estudios sobre la investigación y exploración del espacio exterior, así como su aplicación al desar rollo t e c n o l ó g i c o, e c o n ó m i c o e industrial del país. Objetivos: La utilización de información y tecnología generada en las áreas espaciales y relacionadas que sean de interés para la sociedad mexicana. Aprobación de la AEXA por la Cámara de Diputados- 20/Abr/2010

16 + Secciones importantes del proyecto n Bibliografia Realizar una búsqueda bibliográfica exhaustiva con el fin de tener una claridad sobre el estado actual del campo de investigación. De manera más precisa ustedes deben investigar: 1) El estado del arte desde un punto de vista comercial, de investigación y procedimientos técnicos. 2) Defina los posibles caminos de mayor innovación usando nuevas tecnologías en instrumentación y control. 3) Resuma los principios físicos y los resultados de la comunidad científica que sustenten tu propuesta de innovación.

17 + Secciones importantes del proyecto n Modelado Comienza de un modelo simplificado a partir de los documentos proporcionados: 1) Haz una síntesis de las propiedas del modelo y sus limitaciones. 2) Proponga un método de identificación para validar el modelo propuesto, basado en medidas disponibles. 3) Distinga claramente flujo de información y flujo de energía Al final de esta etapa usted entregará: Un simulador detallado que contenga todos los principios físicos posibles Un modelo simplificado con las dinamicas claves, este modelo permitirá proponer un control basado en el modelo.

18 + Secciones importantes del proyecto n Control en tiempo real Basado en los resultados de la etapa anterior: 1) Defina el problema de instrumentación y control, en terminos de objetivos, costo y restricciones 2) Selecciona el apropiado control, para el modelo simplificado; PI, PID, etc... 3) Usted debe implementar el controlador en una FPGA, entonces investigue el compromiso entre la complejidad y desempeño. Al concluir esta etapa, usted deberra implementar la instrumentación y el control del sistema.

19 + Fechas A determinar en un archivo del FTP

20 + Definición y clasificación de UAVs Un vehículo aéreo no tripulado, UAV por siglas en inglés (Unmanned Aerial Vehicle ), conocido en castellano por sus siglas como VANT, es una aeronave que vuela sin tripulación humana a bordo. Techo de vuelo y carga útil

21 + Definición y clasificación de UAVs Un vehículo aéreo no tripulado, UAV por siglas en inglés (Unmanned Aerial Vehicle ), conocido en castellano por sus siglas como VANT, es una aeronave que vuela sin tripulación humana a bordo. Configuración aerodinámica Ala Fija Ala Rotatoria Ala batiente

22 + Pico-Satélites Cubesat En 1999 se inicia el Proyecto CubeSat, (California Polytechnic State University San Luis Obispo, Stanford University). Propósito, proveer un estándar de diseño de picosatelites. Reducir costos y tiempo de desarrollo. Incrementar la accesibilidad al Espacio y lanzamientos frecuentes. Estándar del Cubesat Cubo de 10 cm y máximo 1Kg Tiempo de vida - 6 meses

23 + Pico-Satélites Multilanzador de Orbital (P-POD) Adaptador mecánico entre el cohete y 3 cubesats Dispositivo de despliegue de CubeSats en el espacio

24 + Pico-Satélites alrededor del mundo 32 CubSats en orbita* universidades Creación de Empresas Universidad de Surrey, UK Universidad Técnica de Berlín Universidad de Stellenbosch, Sudáfrica Universidad de Tecnología de Delft, Holanda Universidad de Aalborg, Dinamarca * Noviembre 2010, fuente Uk space agence

25 + Ejemplos de proyectos realizados en la FCE-BUAP

26 + Desarrollo de un vehículo VTOL (FCE-BUAP) Estudiante: Edgar Ramírez Muñoz

27 + Desarrollo de sistemas de navegación con tecnología MEMS y GPS (FCE-BUAP) Estudiante: David Tecuanhuehue Paulino

28 + Desarrollo de sistemas de navegación con tecnología MEMS y GPS (FCE-BUAP) Estudiante: David Tecuanhuehue Paulino

29 + Diseño e implementación de una central inercial y magnética para la determinación de la actitud y Rumbo (AHRS) UAVs Biomecánica

30 + Diseño e implementación de una central inercial y magnética para la determinación de la actitud y Rumbo (AHRS) Video Estudiante: Heberto Madrigal Sastré

31 + Control Asíncrono para aplicación en sistemas embebidos y en red Estudiante: Moisés García Juárez PID- Asíncrono Daniel Gámez Pérez Feedback con muestreo de Lyapunov Lorena Peralta Estabilización del PVTOL con control asíncrono Extensión de la formula general de Sontag para la estabilización de sistemas no lineales por medio de control asíncrono. N.Marchand, S. Durand, J.F Guerrero-Castellanos.

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