Regulación Automática II

Transcripción

1 Regulación Automática II Programa de la asignatura Curso 2008/09 Centro: Escuela Politécnica Superior de Alcoy Titulación: Ingeniero Técnico Industrial esp. Electrónica Industrial Profesor responsable: Adolfo Hilario Caballero Tipo de asignatura: Troncal

2 Índice general 1. Información general 1 2. Objetivos 1 3. Programa resumido 2 4. Programa detallado 2 5. Prácticas 4 6. Evaluación 4 7. Bibliografía comentada 5 8. Información de contacto 7 Bibliografa 8 I

3 1. Información general Asignatura: Titulación: Curso y semestre: Tipo: Créditos totales: 5, 5 Créditos teoría: 4 Créditos prácticas: 1, 5 Página web: PoliformaT Regulación Automática II Ingeniero Técnico Industrial, esp. Electrónica Industrial 2B Troncal 2. Objetivos Regulación Automática II es la continuación natural de la asignatura Regulación Automática I. De esta forma, por una parte se complementan los conocimientos y destrezas adquiridas relativos al análisis y diseño de sistemas de control lineales e invariantes en el tiempo utilizando la técnica del lugar de las raíces. Por otra parte, se aborda este tema desde el enfoque de la respuesta en frecuencia de los sistemas lineales. Una vez cursada la asignatura Regulación Automática II, el alumno debe alcanzar los siguientes objetivos: Entender el concepto de Control de Sistemas y Regulación Automática. Ser capaz de abstraer un modelo matemático a partir de un sistema físico. Entender los sistemas realimentados y los efectos de la realimentación. Ser capaz de analizar el comportamiento estático y dinámico de un sistema realimentado a partir del modelo matemático obtenido: precisión, estabilidad absoluta y relativa. Entender y saber aplicar las técnicas del lugar de las raíces y de la respuesta en frecuencia para el análisis de la estabilidad absoluta y relativa y de la precisión de los sistemas realimentados. Saber diseñar reguladores monovariables utilizando técnicas basadas en el método del lugar de las raíces y en la respuesta en frecuencia. Entender y saber configurar reguladores industriales. Adolfo Hilario DISA-EPSA Página 1

4 3. Programa resumido La asignatura consta de seis temas agrupados en dos bloques: el diseño de sistemas de regulación en el dominio del tiempo y el análisis y diseño de sistemas de control en el dominio de la frecuencia. Parte I. Diseño de reguladores en el dominio del tiempo Tema 1. Diseño de reguladores en el lugar de las raíces Tema 2. Reguladores industriales Parte II. Análisis y diseño de sistemas de control en el dominio de la frecuencia Tema 3. Respuesta en frecuencia de los sistemas continuos lineales Tema 4. Análisis de la precisión y estabilidad en el dominio de la frecuencia Tema 5. Diseño de reguladores en el dominio de la frecuencia 4. Programa detallado A continuación se detallan los conceptos tratados en cada uno de los temas de la asignatura: 1. Diseño de reguladores en el lugar de las raíces Diseño de sistemas de control. Especificaciones de control en el dominio del tiempo. Regulador Proporcional (P). Regulador Proporcional-Derivativo (PD). Regulador Proporcional-Integral (PI). Regulador Proporcional-Integral-Derivativo (PID). Efecto de los retardos puros en el lugar de las raíces. Adolfo Hilario DISA-EPSA Página 2

5 2. Reguladores industriales Introducción a los reguladores PID industriales. Ajuste experimental de reguladores PID. Método de Ziegler Nichols. Efectos de la prealimentación sobre la estabilidad relativa. Saturación en la señal de control. El efecto wind up. Aspectos prácticos de la instalación de reguladores industriales. 3. Respuesta en frecuencia de los sistemas continuos lineales Los sistemas continuos lineales ante entradas senoidales. Trazado asintótico e interpretación del diagrama de Bode. Trazado e interpretación del diagrama polar. Sistemas de fase no mínima. Sistemas continuos lineales con retardos puros. 4. Análisis de la precisión y estabilidad en el dominio de la frecuencia Errores en régimen permanente. Precisión y rechazo ante perturbaciones. Respuesta en frecuencia de lazo abierto y constantes de error estático. Concepto de estabilidad. Criterio de estabilidad de Nyquist. Estabilidad relativa en el dominio de la frecuencia. Margen de fase y margen de ganancia. Respuesta en frecuencia de lazo abierto y lazo cerrado y respuesta temporal. Especificaciones de funcionamiento en el dominio de la frecuencia. Efecto de la adición de polos y ceros en lazo abierto. Estabilidad de sistemas de control lineales de fase no mínima y con retardos puros. Sistemas condicionalmente estables. 5. Diseño de reguladores en el dominio de la frecuencia Introducción a la compensación en frecuencia. Especificaciones de funcionamiento. Diseño de compensadores en adelanto de fase. Diseño de compensadores en atraso de fase. Diseño de compensadores en atraso adelanto de fase. Compensación de sistemas de fase no mínima y de sistemas con retardos puros. Diseño de compensadores en frecuencia en presencia de perturbaciones. Adolfo Hilario DISA-EPSA Página 3

6 5. Prácticas Las prácticas no son obligatorias. Han sido diseñadas como un complemento fundamental de la teoría. En las prácticas de la asignatura se modela, analiza, simula y diseña sistemas de control reales, utilizando herramientas asistidas por computador. El alumno podrá, si lo desea, presentar una memoria de cada una de las prácticas realizadas a lo largo de la asignatura. Esta memoria se puede presentar individualmente o en grupo de un máximo de 3 alumnos. La evaluación de estos ejercicios prácticos se detalla en el apartado Evaluación. El horario de las prácticas se encuentra detallado en la sección Calendario en el PoliformaT. 6. Evaluación La nota de la asignatura se calcula utilizando la siguiente expresión: En donde: N = 0, 5 N e1 + 0, 5 N e2 + 0,2 N p, (N ei 3, 5) N : Nota final N e1 : Nota de la prueba escrita correspondiente a la primera parte (0-10) N e2 : Nota de la prueba escrita correspondiente a la segunda parte (0-10) N p : Nota de la memoria de ejercicios prácticos (0-10) Se realizarán dos pruebas escritas parciales de tipo test compuestas por cuestiones cortas y ejercicios prácticos con cuatro posibles respuestas a elegir, de las cuales únicamente una de ellas es correcta. Ambas preubas escritas se puntuarán de 0 a 10. No se admite ningún material de consulta en estas pruebas, excepto calculadora. Los contenidos que se evaluarán en la primera prueba escrita parcial, que se celebrará el 25 de marzo de 2009 a partir de las h (el aula no está confirmada), son los correspondientes al primer bloque temático: Diseño de reguladores en el dominio del tiempo (Lugar de las raíces). Esta prueba parcial es optativa. Los contenidos que se evaluarán en la segunda prueba escrita parcial, que se celebrará el 2 de junio de 2009 a partir de las h (el aula no está confirmada), son los correspondientes al segundo bloque temático: Anàlisis y diseño de sistemas de control en el dominio de la frecuencia. Esta prueba parcial es optativa. Adolfo Hilario DISA-EPSA Página 4

7 Las fechas de ambas pruebas escritas se pueden consultar en el Calendario del PoliformaT. En la prueba escrita final se evaluarán la totalidad de los contenidos de la asignatura que estarán claramente agrupados según los dos bloques temáticos de la asignatura: 1) diseño de reguladores en el lugar de las raíces, y 2) Análsisi y diseño de sistemas de control en el dominio de la frecuencia. Si un alumno no supera con una nota mayor o igual que 3,5 puntos una de las partes en la correspondiente prueba escrita parcial, deberá examinarse de esta parte en la prueba final. IMPORTANTE: En el caso de que en alguna de las partes se obtenga una nota inferior a 3,5 puntos la asignatura se considerará suspendida. Los ejercicios prácticos serán publicados en la herramienta Tareas de PoliformaT. Cada ejercicio se puntuará de 0 a 10 y estará ponderado para calcular la nota final correspondiente a los ejercicios, que dará como resultado una nota de 0 a 10. En caso de realizar los ejercicios en grupo, en la memoria presentada debe quedar constancia de las tareas realizadas por cada uno de los miembros del grupo. No se admitirán entregas fuera de plazo de estos ejercicios. 7. Bibliografía comentada Barrientos, 1996: [BSMG96]. Cubre de forma extensa la parte de ejercicios de un curso de control clásico. Está estructurado en 10 capítulo, en los que los cuatro primeros corresponden a modelo matemático de procesos y análisis de sistemas de primer y segundo orden. Así, corresponderían más a ejercicios de la asignatura Regulación Automática I. Los capítulos de 5 a 8, corresponden al análisis de sistemas realimentados, en los que se incluye estabilidad, régimen permanente, análisis frecuencial y lugar de las raíces. Los dos últimos capítulos se dedican a diseño de reguladores. Por tanto, corresponderían tanto a Regulación Automática I como a Regulación Automática II. Carbonell, 1998: [CH98]. Se trata de un conjunto de ejercicios de aplicación de sistemas de regulación sobre procesos industriales, resueltos con ayuda de Matlab R y Simulink R. Este texto es el que se utiliza para la realización de las prácticas de la asignatura. Cubre las asignaturas Regulación Automática I y II. Kuo, 1996: [Kuo96]. Se trata de un libro extenso que trata de forma minuciosa el tema del control automático tanto de los sistemas continuos (cubre las asignaturas Regulación Automática I y II y Técnicas Avanzadas de Control), como de los sistemas discretos (Control de Procesos por Computador). Destaca por el tratamiento paralelo que realiza de ambos tipos de sistemas a lo largo del texto. Está considerado un clásico. Adolfo Hilario DISA-EPSA Página 5

8 Lewis, 1999: [LY99]. Es un libro que presenta un carácter marcadamente didáctico, ideal como libro de texto. Aparte de las técnicas de diseño clásicas de reguladores lineales continuos en el lugar de las raíces y en frecuencia, se tiene un conjunto de temas tales como simulación de procesos y modelos no lineales. Cubre perfectamente las asignaturas Regulación Automática I y II. Ogata, 1998: [Oga98]. Se trata de un libro de texto dividido claramente en dos partes. En la primera parte del texto se tratan los contenidos de un curso de control continuo clásico, incluyendo temas tales como modelado, dinámica de sistemas y diseño de reguladores, cubriendo así las asignaturas Regulación Automática I y II. La segunda parte del texto trata sobre temas de análisis y diseño en el espacio de estados así como de temas avanzados, adaptándose a la asignatura Técnicas Avanzadas de Control. Phillips, 1991: [PH91]. Se trata de un texto que cubre gran variedad de temas relacionados con los sistemas de control. Destaca por su enfoque eminentemente didáctico. Los primeros 9 temas corresponden a un curso de control clásico de sistemas continuos (Regulación Automática I y II ). A continuación se tienen algunos capítulos dedicados al diseño de sistemas discretos (Control de Procesos por Computador), y otros temas avanzados. Adolfo Hilario DISA-EPSA Página 6

9 8. Información de contacto Adolfo Hilario ahilario Despacho F3D Laboratorio de investigación F4LI1-2 Laboratorio docente F1L3 Horario de tutorías La información relativa a la asignatura se encontrará accesible en el PoliformaT. Adolfo Hilario DISA-EPSA Página 7

10 Bibliografía [BSMG96] A. Barrientos, R. Sanz, F. Matía, and E. Gambao, Control de sistemas continuos. Problemas resueltos, McGraw-Hill Interamericana de España, Madrid, [CH98] [Kuo96] [LY99] [Oga98] [PH91] P. Carbonell and A. Hilario, Regulación automática. Conceptos y ejercicios vía simulación, SPUPV, Valencia, Benjamin C. Kuo, Sistemas de control automático, 7 ed., Prentice-Hall Hispanoamericana, México, P. Lewis and C. Yang, Sistemas de control en ingeniería, Prentice-Hall, Madrid, K. Ogata, Ingeniería de control moderna, 3 ed., Prentice-Hall Hispanoamericana, México, C.L. Phillips and R.D. Harbor, Feedback control systems, Prentice-Hall International, New Jersey,