Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional San Francisco INGENIERÍA EN SISTEMAS DE INFORMACIÓN TEORÍA DE CONTROL

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1 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional San Francisco INGENIERÍA EN SISTEMAS DE INFORMACIÓN TEORÍA DE CONTROL PLANIFICACIÓN CICLO LECTIVO 2010

2 ÍNDICE ÍNDICE... 2 PROFESIONAL DOCENTE A CARGO... 3 UBICACIÓN... 4 OBJETIVOS... 5 ORGANIZACIÓN DE CONTENIDOS... 6 PROGRAMA ANALÍTICO CRITERIOS DE EVALUACIÓN EVALUACIÓN: AUTOEVALUACIÓN: PLAN DE TRABAJO METODOLOGÍA BIBLIOGRAFÍA ARTICULACIÓN ARTICULACIÓN CON EL ÁREA: TEMAS RELACIONADOS CON MATERIAS DEL ÁREA: ARTICULACIÓN CON EL NIVEL: TEMAS RELACIONADOS CON MATERIAS DEL NIVEL: ARTICULACIÓN CON LAS CORRELATIVAS: TEMAS RELACIONADOS CON LAS CORRELATIVAS: ORIENTACIÓN DEL ÁREA: DE LA ASIGNATURA: Página 2 de 24

3 PROFESIONAL DOCENTE A CARGO Docente Categoría Título Profesional EDUARDO WAGNER INTERINO INGENIERO QUÍMICO Página 3 de 24

4 UBICACIÓN Dentro del contexto curricular prescripto se ubica en: Carrera: Ingeniería en Sistemas de Información Plan: 2008 Orientación: Área: MODELOS Nivel: IV Carga Horaria Semanal: 6 horas Régimen: cuatrimestral Teórica Teoría Práctica Laboratorio Distribución horaria Formación Práctica Formación experimental Resolución de problemas de Ingeniería Proyecto y diseño Práctica profesional supervisada Total de horas Página 4 de 24

5 OBJETIVOS Comprender los principios fundamentales de la, profundizando en la concepción dinámica de los procesos de tiempo real, su modelación y análisis. Conocer los criterios que permitan predecir el comportamiento dinámico de un sistema de control a lazo cerrado. Facilitar las herramientas básicas para el tratamiento digital de señales. Capacitar al alumno en el diseño de sistemas de control digitales y su implementación en computadoras. Capacitar al alumno en la definición, configuración, instalación y mantenimiento de distintos sistemas de control existentes, en áreas de la actividad. Página 5 de 24

6 ORGANIZACIÓN DE CONTENIDOS Eje Temático 1: INTRODUCCIÓN A SISTEMAS DE CONTROL Contenidos Conceptuales: Definiciones de Sistemas de Control Automático. Ejemplos de Sistemas de Control. Resolución de Ecuaciones Diferenciales Lineales. Diagramas de Bloques. Función de Transferencia. Diagrama de Flujo de Señales. Variables de Estado. Introducción a MATLAB Y SIMULINK. Contenidos Procedimentales: Resolución de Ecuaciones Diferenciales con Transformada de Laplace. Resolución de sistemas de bloques. Aplicación de fórmula de ganancia de diagrama de flujo de señales. Interpretación de modelos de estado. Aplicación de Matlab y Simulink. Contenidos Actitudinales: Respeto por el pensamiento ajeno. Valoración del intercambio de ideas como fuente de aprendizaje. Sentido crítico y reflexivo sobre lo producido. Valoración del lenguaje claro y preciso. Puntualidad y responsabilidad en la presentación de tareas y trabajos. Eje Temático 2: MODELADO DE SISTEMAS DINÁMICOS Contenidos Conceptuales: Respuesta temporal. Sistemas frente a distintas perturbaciones. Linealización de Modelos Matemáticos no lineales. Función respuesta impulsiva. Sistemas de Primer Orden. Sistemas de Segundo Orden. Sistemas de Orden Superior. Relación entre la respuesta temporal y diagrama cero polar. Contenidos Procedimentales: Construcción de modelos de sistemas físicos. Linealización de modelos. Página 6 de 24

7 Identificación de sistemas dinámicos. Análisis de respuestas temporales. Caracterización de las respuestas según ceros y polos. Contenidos Actitudinales: Respeto por el pensamiento ajeno. Valoración del intercambio de ideas como fuente de aprendizaje. Sentido crítico y reflexivo sobre lo producido. Valoración del lenguaje claro y preciso. Puntualidad y responsabilidad en la presentación de tareas y trabajos. Eje Temático 3: ACCIONES BÁSICAS DE CONTROL Contenidos Conceptuales: Introducción. Acciones básicas de control. Modelado de sistemas de control. Efectos de las acciones de control en el comportamiento dinámico del sistema. Análisis del error en estado estacionario. Tipo de sistemas. Análisis de las respuestas de los sistemas realimentados utilizando MATLAB Y SIMILINK. Introducción a la optimización de sistemas. Sistemas de Lazo Cerrado y de Lazo Abierto. Ajustes de las acciones de control. Contenidos Procedimentales: Identificación de acciones de control. Calibración de acciones de control Aplicación de criterios de ajuste de controladores. Caracterización de acciones de control en lazo cerrado. Contenidos Actitudinales Respeto por el pensamiento ajeno. Valoración del intercambio de ideas como fuente de aprendizaje. Sentido crítico y reflexivo sobre lo producido. Valoración del lenguaje claro y preciso. Puntualidad y responsabilidad en la presentación de tareas y trabajos. Eje Temático 4: LUGAR DE RAÍCES Contenidos Conceptuales: Diagrama del Lugar de Raíces. Reglas para la construcción del Lugar de Raíz. Análisis del Lugar de Raíz del Sistema de Control. Página 7 de 24

8 Régimen Transitorio. Estabilidad absoluta y relativa. Lugar de Raíz usando MATLAB. Criterio de Estabilidad de Routh. Contenidos Procedimentales: Construcción del diagrama. Interpretación del diagrama. Aplicación de criterio de Routh. Análisis de estabilidad. Análisis de la respuesta temporal. Contenidos Actitudinales: Respeto por el pensamiento ajeno. Valoración del intercambio de ideas como fuente de aprendizaje. Sentido crítico y reflexivo sobre lo producido. Valoración del lenguaje claro y preciso. Puntualidad y responsabilidad en la presentación de tareas y trabajos. Eje Temático 5: RESPUESTA EN FRECUENCIA Contenidos Conceptuales: Introducción. Diagramas Polares. Diagramas de Bode. Criterio de estabilidad de Nyquist. Análisis de estabilidad. Estabilidad relativa. Márgenes de estabilidad. Contenidos Procedimentales: Interpretación de diagramas polares. Interpretación de diagramas de Bode. Aplicación de criterio de estabilidad de Nyquist. Aplicación de márgenes de estabilidad al diseño de sistemas de control. Contenidos Actitudinales: Respeto por el pensamiento ajeno. Valoración del intercambio de ideas como fuente de aprendizaje. Sentido crítico y reflexivo sobre lo producido. Valoración del lenguaje claro y preciso. Puntualidad y responsabilidad en la presentación de tareas y trabajos. Página 8 de 24

9 Eje Temático 6: MODELADO DE VARIABLES DE ESTADO Contenidos Conceptuales: Conceptos básicos para el análisis en el espacio de estado. Matriz Transferencia. Controlabilidad y observabilidad. Formas Canónicas. Criterios de estabilidad de Liapunov. Contenidos Procedimentales: Interpretación de modelos en el espacio de estado. Aplicación e interpretación de Controlabilidad de sistemas. Aplicación e interpretación de observabilidad de sistemas. Identificación de formas canónicas. Aplicación de criterios de estabilidad de Liapunov. Contenidos Actitudinales: Respeto por el pensamiento ajeno. Valoración del intercambio de ideas como fuente de aprendizaje. Sentido crítico y reflexivo sobre lo producido. Valoración del lenguaje claro y preciso. Puntualidad y responsabilidad en la presentación de tareas y trabajos. Eje Temático 7: SISTEMAS DE CONTROL DISCRETO Contenidos Conceptuales: Introducción. Señales de tiempo discreto. Sistemas muestreados. Transformada Z. Forma de respuesta y estabilidad. Contenidos Procedimentales: Aplicación de Transformada y antitransformada Z. Análisis de estabilidad de sistemas discretos. Contenidos Actitudinales: Respeto por el pensamiento ajeno. Valoración del intercambio de ideas como fuente de aprendizaje. Sentido crítico y reflexivo sobre lo producido. Valoración del lenguaje claro y preciso. Puntualidad y responsabilidad en la presentación de tareas y trabajos. Página 9 de 24

10 Eje Temático 8: CONTROL INDUSTRIAL BASADO EN COMPUTADORAS Contenidos Conceptuales: Sistemas Digitales de Control Lazo Simple. Sistemas de Control Distribuido. Control SCADA. Contenidos Procedimentales: Identificación de elementos de control en sistemas digitales. Identificación de elementos de control en sistemas de control distribuido. Identificación de elementos en sistemas de control supervisorio remoto. Contenidos Actitudinales: Respeto por el pensamiento ajeno. Valoración del intercambio de ideas como fuente de aprendizaje. Sentido crítico y reflexivo sobre lo producido. Valoración del lenguaje claro y preciso. Puntualidad y responsabilidad en la presentación de tareas y trabajos. Respeto por el pensamiento ajeno. Valoración del intercambio de ideas como fuente de aprendizaje. Sentido crítico y reflexivo sobre lo producido. Valoración del lenguaje claro y preciso. Puntualidad y responsabilidad en la presentación de tareas y trabajos. Página 10 de 24

11 PROGRAMA ANALÍTICO Eje Temático Nº 1: INTRODUCCIÓN A SISTEMAS DE CONTROL Definiciones de Sistemas de Control Automático. Ejemplos de Sistemas de Control. HERRAMIENTAS DE CONTROL AUTOMÁTICO: Resolución de Ecuaciones Diferenciales Lineales. Diagramas de Bloques. Función de Transferencia. Diagrama de Flujo de Señales. Variables de Estado. Introducción a MATLAB Y SIMULINK. Eje Temático Nº 2: MODELADO DE SISTEMAS DINÁMICOS Dinámica de Sistemas Respuesta temporal Sistemas frente a distintas perturbaciones. Linealización de Modelos Matemáticos no lineales. Función respuesta impulsiva. Sistemas de Primer Orden. Sistemas de Segundo Orden. Sistemas de Orden Superior. Relación entre la respuesta temporal y diagrama cero polar. Eje Temático Nº 3: ACCIONES BÁSICAS DE CONTROL Introducción. Acciones básicas de control. Modelado de sistemas de control. Efectos de las acciones de control en el comportamiento dinámico del sistema. Análisis del error en estado estacionario. Tipo de sistemas. Análisis de las respuestas de los sistemas realimentados utilizando MATLAB Y SIMULINK. Introducción a la optimización de sistemas. Sistemas de Lazo Cerrado y de Lazo Abierto. Ajustes de las acciones de control. Eje Temático Nº 4: LUGAR DE RAÍCES Diagrama del Lugar de Raíces. Reglas para la construcción del Lugar de Raíz. Análisis del Lugar de Raíz del Sistema de Control. Régimen Transitorio. Estabilidad absoluta y relativa. Lugar de Raíz usando MATLAB. Criterio de Estabilidad de Routh. Eje Temático Nº 5: RESPUESTA EN FRECUENCIA Introducción. Diagramas Polares. Diagramas de Bode. Criterio de estabilidad de Nyquist. Análisis de estabilidad. Estabilidad relativa. Márgenes de estabilidad. Eje Temático Nº 6: MODELADO DE VARIABLES DE ESTADO Conceptos básicos para el análisis en el espacio de estado. Página 11 de 24

12 Matriz Transferencia. Controlabilidad y observabilidad. Formas Canónicas. Criterios de estabilidad de Liapunov. Eje Temático Nº 7: SISTEMAS DE CONTROL DISCRETOS Introducción. Señales de tiempo discreto. Sistemas muestreados. Transformada Z. Forma de respuesta y estabilidad. Eje Temático N 8: CONTROL INDUSTRIAL BASADO EN COMPUTADORAS Sistemas Digitales de Control Lazo Simple. Sistemas de Control Distribuido. Control SCADA. Introducción a la Lógica Difusa. Página 12 de 24

13 CRITERIOS DE EVALUACIÓN Evaluación: Es importante considerar la evaluación como parte del proceso educativo, para no entenderla de manera restringida y única como sinónimo de examen parcial o final puntuales. La evaluación adquiere todo su valor en la posibilidad de retroalimentación que proporciona; se evalúa para: - Mejorar el proceso de aprendizaje. - Modificar el plan de acción diseñado para el desarrollo del proceso. - Introducir los mecanismos de correcciones adecuados. - Programar el plan de refuerzo específico. Desde este punto de vista, la evaluación es un proceso que debe llevarse a cabo de forma ininterrumpida. Para las evaluaciones escritas parciales integradoras se tendrán en cuenta los siguientes aspectos: Presentación Nivel de información y elaboración de la misma Profesionalismo (actitud ingenieril) Las calificaciones serán de 0 a 100 puntos, debiendo cumplimentar el alumno los siguientes ítems, para regularizar: Asistencia a clase según reglamentación vigente. Aprobar cada parcial integrador con nota no inferior a 40 puntos. Autoevaluación: Será realizada utilizando el instrumento elaborado desde Secretaría Académica y aprobado por Consejo Académico. Página 13 de 24

14 PLAN DE TRABAJO Eje temático Nº 1: INTRODUCCIÓN A SISTEMAS DE CONTROL Semana Contenidos Metodología Evaluación 1 4 INTRODUCCIÓN A SISTEMAS DE CONTROL Definiciones de Sistemas de Control Automático. Ejemplos de Sistemas de Control. HERRAMIENTAS DE CONTROL AUTOMÁTICO: Resolución de Ecuaciones Diferenciales Lineales. Diagramas de Bloques. Función de Transferencia. Diagrama de Flujo de Señales. Variables de Estado. Introducción a MATLAB Y SIMULINK. Clase Ejercitación Laboratorio de informática Guías. Parcial Nro. 1 Nivel de Profundidad Bibliografía Conceptual Eje temático Nº 2: MODELADO DE SISTEMAS DINÁMICOS Semana Contenidos Metodología Evaluación Nivel de Profundidad Bibliografía 5 7 Respuesta temporal Sistemas frente a distintas perturbaciones. Linealización de Modelos Matemáticos no lineales. Función respuesta impulsiva. Sistemas de Primer Orden. Sistemas de Segundo Orden. Sistemas de Orden Superior. Relación entre la respuesta temporal y diagrama cero polar. Clase Ejercitación Laboratorio de informática Guías. Parcial Nro.2. Conceptual Eje temático Nº 3: ACCIONES BÁSICAS DE CONTROL Semana Contenidos Metodología Evaluación 8 9 Acciones básicas de control. Efectos de las acciones de control en la dinámica. Análisis del error en estado estacionario. Tipos de sistemas. Análisis utilizando Matlab y Simulink. Ajuste de las acciones de control. Clase Ejercitación Laboratorio de informática Guías. Cuestionario. Parcial Nro.3. Nivel de Profundidad Bibliografía Conceptual Eje temático Nº 4: LUGAR DE RAÍCES Semana Contenidos Metodología Evaluación Diagrama del Lugar de Raíces. Reglas para la construcción. Análisis del sistema de control. Régimen transitorio. Estabilidad absoluta y relativa. Matlab. Criterio de Routh. Clase Ejercitación Laboratorio de informática Guías. Cuestionario. Parcial Nro.3. Nivel de Profundidad Bibliografía Conceptual Página 14 de 24

15 Eje temático Nº 5: RESPUESTA EN FRECUENCIA Semana Contenidos Metodología Evaluación Diagramas polares. Diagrama de Bode. Estabilidad e Nyquist. Análisis de estabilidad. Estabilidad relativa. Márgenes de estabilidad. Clase Ejercitación Laboratorio de informática Guías. Cuestionario. Parcial Nro.3. Nivel de Profundidad Bibliografía Conceptual Eje temático Nº 6: MODELADO DE VARIABLES DE ESTADO Semana Contenidos Metodología Evaluación 14 Conceptos básicos para el análisis en el espacio de estado. Matriz Transferencia. Controlabilidad y Observabilidad. Formas canónicas. Criterios de estabilidad de Liapunov. Clase Ejercitación Laboratorio de informática Guías. Cuestionario. Parcial Nro.3. Nivel de Profundidad Bibliografía Conceptual Eje temático Nº 7: SISTEMAS DE CONTROL DISCRETO Semana Contenidos Metodología Evaluación 15 Señales de tiempo discreto. Sistemas muestrados. Transformada Z. Forma de respuesta y estabilidad. Clase Ejercitación Guías. Cuestionario. Parcial Nro.3. Nivel de Profundidad Bibliografía Conceptual Eje temático Nº 8: CONTROL INDUSTRIAL BASADO EN COMPUTADORAS Semana Contenidos Metodología Evaluación 16 Sistemas Digitales de Control Lazo Simple. Sistemas de Control Distribuido. Control SCADA. Introducción a la lógica difusa. Clase Ejercitación Guías. Cuestionario. Parcial Nro.3. Nivel de Profundidad Bibliografía Conceptual Página 15 de 24

16 METODOLOGÍA Para cada eje temático se realiza clase expositiva aplicativa de contenidos fundamentales del mismo. Y además se desarrollan ejemplos teórico-prácticos de aplicación. También se resuelven guías de trabajos prácticos con tres tipos de ejercitaciones: para resolver en el aula, para resolver en el hogar y para estudio, durante el desarrollo de los dos primeros ejes temáticos. A partir del Eje Temático Nro. 3 y hasta el Nro. 5 se desarrolla el dictado en Laboratorio de Informática con uso intensivo de las herramientas Matlab y Simulink, con los que se resuelven los ejemplos prácticos guías. Los tres últimos Ejes Temáticos se desarrollan habitualmente solo en aula. La forma de trabajar es en comisiones de tres o cuatro alumnos. Durante el cuatrimestre los alumnos, en comisiones de cuatro, guiados por el docente, deberán presentar y exponer un trabajo sobre temas complementarios a los estudiados en clase y que posean un interés relevante. Elementos de apoyo a la enseñanza: Pizarra Proyector de transparencias TV y videorreproductor PC con proyector de LCD Estando previstas las realización de tres evaluaciones parciales integradoras correspondientes a: a Eje Temático 1 b Eje Temático 2 c - Ejes Temáticos del 3 al 8 Dichos parciales tendrán lugar dos semanas posteriores a la finalización del dictado del mencionado eje temático. Página 16 de 24

17 BIBLIOGRAFÍA 1. OGATA, K. Ingeniería de control moderna Pearson Education (2003) 2. OGATA, K. Ingeniería de control moderna Prentice Hall (1998) 3. OGATA, K. Problemas de Ingeniería de Control usando Matlab Prentice Hall (1999) 4. DORF, R.- BISCHOP, R.- Sistemas de control moderna Pearson Education (2007) 5. KUO, B. Sistemas de control digital Continental (2006) 6. OGATA, K. Sistemas de control en tiempos discreto Prentice Hall (1996) 7. ACEVEDO SANCHEZ, J. Instrumentación y control avanzado de procesos Díaz de Santos (2006) 8. KUO, B. Sistemas de control automático Prentice Hall (1996) 9. DISTEFANO, J. Retroalimentación y sistemas de control McGraw-Hill (1995) 10. D AZZO, J. HOUPIS, C. Sistemas realimentados de control: análisis y síntesis Paraninfo (1975) 11. NISE, N. Sistemas de control para ingeniería Grupo Patria Cultural (2006) 12. SZKLANNY, S. BEHERENDS, C. Sistemas Digitales de Control de Procesos Editorial Control S.R.L. (1994) Página 17 de 24

18 ARTICULACIÓN Articulación con el Área: Asignatura Carga Horaria Porcentaje TEORÍA DE CONTROL ,53 INVESTIGACIÓN OPERATIVA ,41 SIMULACIÓN ,41 MODELOS NUMÉRICOS 96 17,65 Página 18 de 24

19 Temas relacionados con materias del área: SIMULACIÓN Ecuaciones Diferenciales. Dinámica de Sistemas. Software de Simulación. MODELOS NUMÉRICOS Solución de Ecuaciones Diferenciales. Sistemas dinámicos lineales. Estabilidad. Tema relacionado Resolución de Ecuaciones Diferenciales. Dinámica de Sistemas. Simulink. Tema relacionado Resolución de Ecuaciones Diferenciales Lineales. Dinámica de Sistemas. Estabilidad absoluta y relativa. Página 19 de 24

20 Articulación con el Nivel: Asignatura Carga Horaria Porcentaje TEORÍA DE CONTROL INVESTIGACIÓN OPERATIVA SIMULACIÓN SISTEMAS DE GESTIÓN I ADMINISTRACIÓN DE RECURSOS ELECTIVA LEGISLACIÓN Página 20 de 24

21 Temas relacionados con materias del nivel: SIMULACIÓN Ecuaciones Diferenciales. Dinámica de Sistemas. Software de Simulación. Tema relacionado Resolución de Ecuaciones Diferenciales. Dinámica de Sistemas. Simulink. Página 21 de 24

22 Articulación con las correlativas: Asignatura TEORÍA DE CONTROL Para cursar Para rendir Cursada Aprobada Aprobada - SIMULACIÓN - FÍSICA - SIMULACIÓN - QUÍMICA - ANÁLISIS - QUÍMICA MATEMÁTICO II - PROBABILI- DAD Y ESTADÍSTICA Página 22 de 24

23 Temas relacionados con las correlativas: SIMULACIÓN Ecuaciones Diferenciales. Dinámica de Sistemas. Software de Simulación. Tema relacionado Resolución de Ecuaciones Diferenciales. Dinámica de Sistemas. Simulink. Página 23 de 24

24 ORIENTACIÓN Del Área: Formación e información en el conocimiento de las herramientas de matemática aplicada y modelos físicos y lógicos, desarrollando criterios de selección de los mismos en función de los requerimientos particulares del desarrollo de los sistemas de información y tecnologías asociadas. De la Asignatura: Brindar los principios fundamentales de la, profundizando en la concepción dinámica de los procesos de tiempo real, su modelación y análisis. Brindar los criterios que permitan predecir el comportamiento dinámico de un sistema de control a lazo cerrado. Facilitar las herramientas básicas para el tratamiento digital de señales. Capacitación en el diseño de sistemas de control digitales y su implemetación en computadoras digitales. Conocimiento de productos comerciales existentes en el área, sus prestaciones y su evolución prevista. Capacitación en la definición, configuración, instalación y mantenimiento de distintos sistemas de control existentes. Página 24 de 24