PROGRAMA DE ESTUDIO Programa Educativo: Área de Formación : Licenciatura en Ciencias Computacionales Integral Profesional Horas teóricas: 2 Horas prácticas: 2 Total de Horas: 4 Sistemas de Control Digital Total de créditos: 6 Clave: F 1347 Tipo : Asignatura Carácter de la Optativa asignatura Programa elaborado por: Academia de Ciencias Computacionales Fecha de elaboración: Julio de 2010 Fecha de última actualización: Seriación explícita Asignatura antecedente No Asignatura Subsecuente Seriación implícita Conocimientos previos: Microcontroladores, Circuitos eléctricos. Si Diseño de Sistemas Digitales II, manejo de equipo de medición electrónica (osciloscopio, generador de señales, etc.), F1347: Sistemas de Control Digital 1 de 12
Presentación La computación esta relacionada con el conocimiento y control de los materiales y fuerza de la naturaleza para el beneficio de la humanidad. El profesionista en sistema de control esta interesado en el conocimiento y control de una parte del medio ambiente, primeramente conocido como sistema, a fin de proporcionar un producto económico y útil para la sociedad. Los objetivos del conocimiento y de control son complementarios ya que, para poder controlar más efectivamente, el sistema bajo control debe ser conocido y modelado. A demás los diseñadores de sistema de control debe considerar frecuentemente sistemas pocos conocidos tales como procesos químicos. El desafió presente para los diseñadores de sistema de control es el modelado y control de sistemas interrelacionado modernos y complejos como los de control de trafico, y los de regulación económica. sin embargo, simultáneamente el diseñador tiene la oportunidad de controlar mucho interesante sistemas de automatización industrial. Los diseños de control se basan en los fundamentos de la teoría de la retroalimentación y el análisis de los sistemas lineales, e integrados conceptos de las teorías de redes y comunicación. Por tanto los sistemas de control no esta limitado a ninguna disciplina de la ingeniería si no que es igualmente aplicable a la aeronáutica, química, mecánica, medio ambiente, ingeniería civil, eléctrica. A demás de aumentar el conocimiento de la dinámica de los sistemas comerciales, sociales y políticos, también se incrementara para controlar estos sistemas. Objetivo General El alumno será capaz mediante la técnica de interconexión de sistemas por bloques de diseñar e integrar sistemas complejos que involucren electrónica, computadores, sistemas eléctricos, sistemas mecánicos, etc. en un solo sistema que asegure la estabilidad de este. F1347: Sistemas de Control Digital 2 de 12
Competencias que se desarrollaran en esta asignatura Se pretende que el alumno desarrolle competencias asociadas con: a) el análisis de modelos de sistemas; b) distinga las aplicaciones de las diferentes clases de variables físicas; c) critique los supuestos que sostienen las teorías del conocimiento; d) infiera las bases cognitivas de la ciencia en la cual se esté formando. Competencias del perfil de egreso que apoya esta asignatura 1.-Analizar y desarrollar aplicaciones computacionales utilizando técnicas avanzadas de programación y herramientas actuales de desarrollo. 2.-Dirigir y colaborar en proyectos para el desarrollo de sistemas de control de diversa índole. Escenario de Salón de clases, biblioteca, sala de computo, laboratorio, trabajo de campo, conferencias Perfil sugerido del docente Profesionista doctor en el área de electrónica con experiencia en el desarrollo de aplicaciones de modelación determinista de sistemas electromecánicos (Ej. programar en VHDL, Labview). Con actitud positiva para la promoción del participativo basado en proyectos y problemas; con capacidad para generar un clima de respeto en el aula y saber enseñar al alumno a aprender a aprender, aprender a hacer y aprender a ser. F1347: Sistemas de Control Digital 3 de 12
Contenido Temático Unidad No. 1 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE CONTROL Conocer el concepto de teoría de control y su campo de trabajo en la industria. Hrs. estimadas 7 1.1. Historias del control automático 1.2. Ejemplos de sistemas modernos de control 1.3. Transformada de Laplace Inducción a la actividad de abstraer un sistema de control. Aplicación de la Transformada de Laplace a los sistemas mecánicos y eléctricos. GENERAL 1.- Indicar a los estudiantes las habilidades que la materia fortalecerá su perfil de egreso. 2.- Diagnostico para determinar el grado de habilidades que posee el estudiante y que son necesarias para el curso. 3.- Diagnostico para determinar las formas de de los estudiantes y que serán F1347: Sistemas de Control Digital 4 de 12
tomadas para rediseñar las estrategias de. 4.- El proceso educativo estará basado en: Aprender a aprender, aprender a hacer, aprender a ser. PARTICULARES DEL TEMA. relacionada con los sistemas de control. 3.- Realización de 4.- Trabajo en equipo. 5.- Elaboración de mapas. F1347: Sistemas de Control Digital 5 de 12
Unidad No. 2 MODELOS MATEMÁTICOS DE LOS SISTEMAS Que el alumno sea capaz de modelar un sistema de control automático a través de modelos matemáticos. Hrs. estimadas 8 2.1. Ecuaciones diferenciales de los sistemas físicos 2.2. Aproximaciones lineales de los sistemas físicos 2.3. Función de transferencia de los sistemas lineales 2.4. Modelos de diagramas de bloque y gráficos de flujo de señal 2.5. Simulación de sistemas de control con Matlab. 1.-Desarrollo de la capacidad de abstracción de un modelo. 2.- desarrollo de habilidades heurísticas en modelación de sistemas. 3.- Desarrollo del pensamiento crítico en la modelación. 4.- Resolución de 5.- Simulación de sistemas relacionada con la integración de los sistemas mecánicos, eléctricos con las expresiones matemáticas. 3.- Realización de prácticas de laboratorio y simulación 4.- Realización de 5.- Trabajo en equipo. 6.- Elaboración de mapas F1347: Sistemas de Control Digital 6 de 12
Unidad No. 3 CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE CONTROL CON RETROALIMENTACIÓN El alumno sea capaz de caracterizar los parámetros básicos de un sistema de control y analizar las respuestas de estos sistemas. Hrs. estimadas 8 3.1. Sistemas de control de lazo cerrado y lazo abierto 3.2. Sensibilidad de los sistemas de control a las variaciones de los parámetros 3.3. Análisis de la respuestas transitoria de los sistemas de control con Matlab. 3.4. Error en el estado estacionario Desarrollar las capacidades de abstraer un sistema de control de lazo cerrado y abierto. Desarrollar las habilidades heurísticas para determinar la sensibilidad de un sistema. Desarrollo del pensamiento crítico para evaluar el concepto de sensibilidad en los sistemas de control. Resolución de relacionada con los sistemas de control de lazo cerrado y abierto, así como respuesta transitoria. 3.- Realización de prácticas de laboratorio y simulación 4.- Realización de 5.- Trabajo en equipo. 6.- Elaboración de mapas F1347: Sistemas de Control Digital 7 de 12
Unidad No. 4 SENSORES Y ACTUADORES Esta unidad permite que el estudiante se interrogue sobre qué es y cómo opera un sistema empleando diferentes técnicas de medición y adquisición de variables? Al concluir la unidad, el estudiante será capaz de: 1. distinguir los tipos de sensores con relación a su comportamiento dinámico; 2. comprender los alcances de lo aprendido y 3. Aplicarla a la reflexión sobre la integración de procesos o plantas reales de diferente naturaleza. Hrs. estimadas 7 4.1. Introducción 4.2. Sensores de posición y Movimiento. 4.3. Sensores de fuerza y par. 4.4. Sensores de flujo. 4.5. Sensores de Temperatura. 4.6. Rangos de operación de los sensores. 4.7. Actuadores y sus rangos de operación Desarrollar la capacidad de abstracción en el diseño. Desarrollo de habilidades heurísticas de acoplamiento. Desarrollo del pensamiento crítico de toma de decisiones. Desarrollo del pensamiento práctico (asociado a plantas reales). relacionada con los transductores y las variables físicas relacionadas con estos, así como actuadores. 3.- Realización de prácticas de laboratorio y simulación 4.- Realización de F1347: Sistemas de Control Digital 8 de 12
5.- Trabajo en equipo. 6.- Elaboración de mapas. Unidad No. 5 ESTABILIDAD DE LOS SISTEMAS LINEALES CON RETROALIMENTACIÓN Que el alumno tenga la capacidad para determinar la estabilidad de un sistema y los criterios para su. Hrs. estimadas 10 5.1. Concepto de estabilidad 5.2. Criterios de estabilidad 5.3. Estabilidad relativa de los sistemas de control con retroalimentación 5.4. Criterios de Nyquist 5.5. Respuestas de frecuencia de lazo cerrado. Desarrollar las capacidades de abstraer la estabilidad de un sistema de control. Desarrollar las habilidades heurísticas para determinar la estabilidad de un sistema. Desarrollo del pensamiento crítico para decidir la mejor acción de estabilidad. Resolución de relacionada con los transductores y las variables físicas relacionadas con estos, así como actuadores. 3.- Realización de prácticas de laboratorio y simulación 4.- Realización de F1347: Sistemas de Control Digital 9 de 12
5.- Trabajo en equipo. 6.- Elaboración de mapas. Unidad No. 6 VARIABLES DE ESTADO Que el alumno conozca y sea capaz de aplicar las técnicas de Variable de Estado a un sistema. Hrs. estimadas 10 6.1. Variables de Estado de un Sistema Dinámico 6.2. Modelos de gráficas de flujo de señales de estado 6.3. Estabilidad de los sistemas en el dominio del tiempo 6.4. Respuesta en el tiempo Integración de la abstracción de las variables de estado con un sistema de control dinámico. Desarrollo del pensamiento crítico en la elaboración de los modelos de gráficas de flujo de los sistemas. Resolución de Desarrollo del pensamiento crítico para decidir la mejor respuesta en tiempo de un sistema de control. relacionada con variables de estado y estabilidad de los sistemas. 3.- Realización de prácticas de laboratorio y simulación 4.- Realización de 5.- Trabajo en equipo. 6.- Elaboración de mapas. F1347: Sistemas de Control Digital 10 de 12
Unidad No. 7 COMPONENTES DE HARDWARE Y SOFTWARE PARA LOS SISTEMAS DE CONTROL DIGITAL Que el alumno sea capaz de desarrollar un sistema mínimo de implementación real Hrs. estimadas 14 7.1. Elementos de adquisición de datos. 7.2. Procesos de Entrada/Salida y Circuitos acondicionadores de señal. 7.3. Convertidores Digital / Analógicos (D/A). 7.4. Convertidores Analógico/Digital (A/D) 7.5. Hardware y Software de una tarjeta de adquisición de datos. 7.6. Controladores Programables (PLC) 7.7. Inteligencia Artificial en los sistemas de control 1.-Desarrollo de la capacidad de abstraer un control de alta integración y confiabilidad. 2.-Utilizar las técnicas de acondicionamiento de señales para aplicarlo a los convertidores A/D 3.-Desarrollo de habilidades heurísticas para evaluar y seleccionar tarjeta de adquisición de datos óptima. 4.-Diseñar tarjetas de adquisición de datos. 5.-Resolución de 6.-Programar controladores relacionada con Procesos de entrada y salida, Controladores programables e Inteligencia artificial.. 3.- Realización de prácticas de laboratorio y simulación 4.- Realización de 5.- Trabajo en equipo. 6.- Elaboración de mapas. F1347: Sistemas de Control Digital 11 de 12
programables ( PLC ) 7.-Desarrollo de habilidades heurísticas para la integración de sistemas inteligentes. Bibliografía básica 1.- Ogata, K. (2008). Sistemas de control en tiempo discreto, (2 a ed). Prentice Hall. 2.- Dorf, R. C. (2006). Sistemas Modernos de Control. Addison Wesley. 3.- Kelly, R. y Santibáñez V. (2003). Control de movimiento de Robots Manipuladores. Pearson. 4.- Kuo, B. C. (2003). Ingeniería de Control Moderna. Prentice Hall. 5.- Creus, A. (2008). Simulación y Control de Procesos por Ordenador. Alfaomega- Marcombo. Bibliografía complementaria 1.- Gene, J. D. y Powel, F. (2000). Control de Sistemas Dinámicos con retroalimentación. Addison Wesley. 2.- Pinto, E. y Mata, F. (2010). Fundamentos de Control con Matlab. Pearson. 3.- Gómez de Gabriel, J. M. y Ollero B. A. (2006). Teleoperaciones y Telerrobótica. Pearson. F1347: Sistemas de Control Digital 12 de 12