INGENIERÍA DE CONTROL II Grado en Ingeniería en Electrónica y Automática Industrial Universidad de Alcalá Curso Académico 2013/2014 Curso 3º Primer cuatrimestre
GUÍA DOCENTE Nombre de la asignatura: Ingeniería de Control II Código: 600016 Titulación en la que se imparte: Departamento y Área de Conocimiento: Carácter: Obligatoria Créditos ECTS: 6 Curso y cuatrimestre: Profesorado: Grado en Ingeniería en Electrónica y Automática Industrial Departamento de Automática / Área de Ingeniería de Sistemas y Automática 3º Curso / Primer Cuatrimestre Miguel Ángel Sotelo Vázquez (Coordinador de la asignatura) Horario de Tutoría: El horario de tutorías se indicará el primer día de clase Idioma en el que se imparte: Español 1. PRESENTACIÓN La asignatura de Ingeniería de Control II pretende proporcionar al alumno un nivel intermedio de los principios del diseño de sistemas de control lineal en el dominio del tiempo y la frecuencia, tanto en tiempo continuo como en tiempo discreto. Sirve, a su vez, como puente a materias más avanzadas y aplicadas de cursos posteriores en los campos de la automática, automatización y sistemas robóticos. La asignatura promueve la comprensión de los conceptos de control básicos, busca la capacitación para el análisis de problemas, conjugando metodologías sistemáticas con el planteamiento y discusión de alternativas. Dado el carácter práctico que tiene la asignatura, se plantean un conjunto de prácticas de laboratorio que permiten reforzar los aspectos teóricos fundamentales, usando ejemplos de sistemas de control reales. Para un buen aprovechamiento de la asignatura, se requieren conocimientos y competencias de las materias de Algebra Lineal y Ecuaciones Diferenciales, Física I, Física II, Sistemas Mecánicos y Automática Básica, impartidas en los dos primeros cursos del grado. 2
2. COMPETENCIAS Esta asignatura permitirá adquirir las siguientes competencias de carácter profesional, definidas en el Apartado 5 del Anexo de la Orden CIN/351/2009, y contribuye a adquirir las competencias genéricas definidas en el apartado 3 de dicho Anexo. TR1: Capacidad para la redacción, firma y desarrollo de proyectos en el ámbito de la ingeniería industrial que tengan por objeto la construcción, reforma, reparación, conservación, demolición, fabricación, instalación, montaje o explotación de: estructuras, equipos mecánicos, instalaciones energéticas, instalaciones eléctricas y electrónicas, instalaciones y plantas industriales y procesos de fabricación y automatización. TR2: Capacidad para la dirección, de las actividades objeto de los proyectos de ingeniería descritos en el epígrafe anterior. TR3: Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones. TR4: Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial. TR5: Conocimientos para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planes de labores y otros trabajos análogos. TR6: Capacidad para el manejo de especificaciones, reglamentos y normas de obligado cumplimiento. TR7: Capacidad de analizar y valorar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas. TR8: Capacidad para aplicar los principios y métodos de la calidad. TR9: Capacidad de organización y planificación en el ámbito de la empresa, y otras instituciones y organizaciones. TR10: Capacidad de trabajar en un entorno multilingüe y multidisciplinar. TR11: Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria en el ejercicio de la profesión de Ingeniero Técnico Industrial. Competencias de Carácter Profesional: CEI1: Capacidad para la resolución de los problemas matemáticos que puedan plantearse en la ingeniería. Aptitud para aplicar los conocimientos sobre: álgebra lineal y ecuaciones diferenciales y en derivadas parciales. CEI2: Comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica, termodinámica, campos y ondas y electromagnetismo y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería. CEI3: Conocimiento y capacidad para el modelado y simulación de sistemas. CEI4: Conocimientos de regulación automática y técnicas de control y su aplicación a la automatización industrial. CEI5: Capacidad para diseñar sistemas de control y automatización industrial. 3
Competencias Específicas: CEA1: Comprender los conceptos generales de la teoría de control lineal. CEA2: Capacidad para la aplicación de los conocimientos en la resolución de problemas técnicos. CEA3: Usar herramientas informáticas para el análisis y diseño de sistemas de control lineal. CEA4: Obtener las habilidades de comunicación interpersonal y de trabajo en equipo para el trabajo efectivo en proyectos y grupos de trabajo. CEA5: Conocer los componentes básicos de los sistemas de control. CEA6: Capacidad de modelar, describir y representar los sistemas dinámicos relacionados con problemas de control lineal. CEA7: Comprender los principios del análisis de sistemas de control lineal en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia. CEA8: Comprender los principios básicos relacionados con el diseño de reguladores lineales. 3. CONTENIDOS Bloques de contenido (se pueden especificar los temas si se considera necesario) Diseño de reguladores en tiempo continuo; configuración en serie; configuración en paralelo; redes de adelanto de fase; redes de atraso de fase; redes de adelanto-atraso de fase; reguladores P, I, PI, PD, PID; sintonización de controladores PID usando el criterio de Ziegler-Nichols Diseño de sistemas de control mediante el método del lugar de las raíces; consideraciones preliminares de diseño; compensación de adelanto de fase; compensación de atraso de fase; compensación de atraso-adelanto de fase; método de la vertical; método de cancelación cero-polo; método de la bisectriz; diseño de controladores PID a partir de especificaciones de respuesta en régimen permanente; diseño en cascada Diseño de sistemas de control mediante la respuesta en frecuencia; compensación de adelanto de fase; compensación de atraso de fase; compensación de atrasoadelanto de fase; conceptos básicos sobre Sistemas de Control Multivariable 6 horas Total de clases, créditos u horas 10 horas 10 horas 4
Sistemas de control en tiempo discreto: Introducción, fundamentos matemáticos, transformada Z; teoremas de la transformada Z; relación entre los planos Z y s; estabilidad; teorema del valor final; técnicas de discretización de sistemas de control continuo; discretización de controladores P, I, PD, PI y PID; método de igualación cero-polo; diseño de reguladores PID digitales: aproximación rectangular, aproximación trapezoidal; lugar geométrico de las raíces en sistemas de tiempo discreto, ecuaciones básicas y reglas de trazado Diseño de controladores en tiempo discreto por métodos directos; diseño de controladores discretos basado en el lugar geométrico de las raíces; método de diseño analítico 15 horas 15 horas 4. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE.-ACTIVIDADES FORMATIVAS 4.1. Distribución de créditos (especificar en horas) Número de horas presenciales: Número de horas del trabajo propio del estudiante: Total horas 58 horas (56 horas de clase presencial + 2 horas de evaluación) 92 horas 150 horas 4.2. Estrategias metodológicas, materiales y recursos didácticos Sesiones teóricas Sesiones prácticas de resolución de problemas Metodología: sesiones magistrales donde el profesor presenta y explica los aspectos teóricos, complementados con ejemplos prácticos. Se fomentará la participación del alumnado desde la propia construcción de los desarrollos teóricos, hasta la resolución de los ejemplos prácticos propuestos y la discusión de los casos reales. Recursos: pizarra, medios audiovisuales, acceso a Internet, bibliografía. Metodología: clases magistrales de resolución de problemas combinadas con talleres de trabajo grupal e individual. Discusión en grupos pequeños del planteamiento de los problemas y su relación con la teoría. Exposición escrita y oral de alternativas de resolución. Puesta 5
en común de resoluciones propuestas. Recursos: pizarra, medios audiovisuales, bibliografía. Sesiones prácticas de laboratorio Tutorías y seminarios Actividades no presenciales Metodología: trabajo práctico en grupos de 3 personas máximo. Explicación inicial y discusión general de la práctica, trabajo colaborativo en cada grupo con la guía del profesor, gestión y buen uso del material, obtención de resultados, interpretación y exposición. Recursos: pizarra, medios audiovisuales, instrumentación y material de laboratorio. Tutorías individuales y/o grupales sobre los contenidos teóricos y prácticos de la asignatura. Resolución de problemas y prácticas por aplicación de la teoría, búsqueda bibliográfica, trabajos en grupo. 5. EVALUACIÓN: Procedimientos, criterios de evaluación y de calificación 1 PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Convocatoria ordinaria: Evaluación continua: dos pruebas parciales y una prueba de laboratorio. Evaluación por prueba final: una única prueba que constituirá el 100% de la nota de la asignatura. Convocatoria extraordinaria: los alumnos que no hayan superado la convocatoria ordinaria realizarán una única prueba final que constituirá el 100% de la nota de la asignatura. Sólo aquellos que presenten solicitud por escrito al Director de la Escuela y tengan una causa justificada, podrán ser evaluados en la convocatoria ordinaria mediante un único examen final. El plazo límite de solicitud será de dos semanas desde el comienzo de las clases. CRITERIOS DE EVALUACIÓN En la convocatoria ordinaria, todos los alumnos serán evaluados en la modalidad de evaluación continua, que constará de dos pruebas parciales y una prueba de prácticas, que incluirán problemas, cuestiones teóricas y prácticas de laboratorio. 1 Es importante señalar los procedimientos de evaluación: por ejemplo evaluación continua, final, autoevaluación, coevaluación. Instrumentos y evidencias: trabajos, actividades. Criterios o indicadores que se van a valorar en relación a las competencias: dominio de conocimientos conceptuales, aplicación, transferencia conocimientos. Para el sistema de calificación hay que recordar la Normativa del Consejo de Gobierno del 16 de Julio de 2009: la calificación de la evaluación continua representará, al menos, el 60%. Se puede elevar este % en la guía. 6
Los problemas servirán para evaluar la adquisición de las competencias relativas a la capacidad para la resolución de los problemas matemáticos en la ingeniería, así como para diseñar sistemas de control y automatización industrial y su aplicación industrial. Las cuestiones teóricas permiten evaluar la adquisición de la competencia en la comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de diversas ramas de la ingeniería, así como la competencia para controlar sistemas. En las cuestiones de laboratorio se evalúa la adquisición de la competencia para diseñar, simular y controlar sistemas. CRITERIOS DE CALIFICACIÓN En la convocatoria ordinaria la primera prueba parcial tendrá un peso de un 30% de la nota final, la segunda prueba parcial tendrá un peso de un 40% sobre la nota final, y la prueba práctica tendrá un peso del 30% de la nota final (15% correspondiente al examen y 15% referido a la entrega y evaluación de las prácticas). Se considerará No Presentado en la convocatoria ordinaria al alumno que no se presente a ninguna prueba parcial o que no entregue las prácticas de laboratorio. 6. BIBLIOGRAFÍA Bibliografía Básica: - K. Ogata, Ingeniería de control moderna, Prentice Hall. Cuarta Edición. ISBN: 970-17-0048-1 - C. B. Kuo, Sistemas de Control Automática, Prentice Hall, Séptima Edición. ISBN: 968-880-723-0 - K. Ogata, Sistemas de control en tiempo discreto, Prentice Hall. Segunda Edición. ISBN: 968-880-539-4 - Material docente preparado por el profesorado para la asignatura, proporcionado a los alumnos a través de la plataforma Aula Virtual (BlackBoard). Bibliografía Complementaria: - A. Rodríguez Núñez, J. M. Bañón, T. Martínez Marín. Sistemas de Control. Ejercicios resueltos. Servicio de publicaciones de la UAH. ISBN 84-8138-5441. - A. Moreno-Muñoz, Trabajando con MATLAB y la Control SystemToolbox. Editorial RA-MA, ISBN 8478973478 - K. Ogata, Problemas de Ingeniería de Control utilizando Matlab, Prentice Hall, 1999. 7