TEORÍA DE CONTROL II Programa sintético TEORÍA DE CONTROL II Datos básicos Semestre Horas de teoría Horas de práctica Objetivos Contribución al Perfil de Egreso Horas trabajo adicional estudiante Créditos VI 2 2 2 6 Que el alumno identifique los diferentes tipos de sistemas de control digital. Analizar estos sistemas digitales mediante la herramienta matemática de la transformada z, incluyendo los conceptos de muestreo mediante pulsos, la retención de datos, el teorema de muestreo, la función de transferencia pulso y los filtros digitales. El alumno diseñará sistemas de control en tiempo discreto mediante métodos tradicionales, analizando su estabilidad a lazo cerrado en el plano z, el análisis de las respuestas transitorias y en estado estacionario. Además, utilizará el diseño basado en el método del lugar geométrico de las raíces y el método de respuesta en frecuencia. Finalmente, el alumno realizará el análisis en el espacio de estados para lograr diseños basados en la ubicación de polos y el diseño de observadores de bajo orden. a Desarrollar El egresado logrará conocer, analizar y elaborar sistemas de control digital en tiempo discreto. Ésta materia dará las herramientas necesarias para el análisis y el diseño de sistemas de control discreto ampliamente utilizadas en prototipos electrónicos. Genéricas Profesionales Científico-Tecnológico Ético-valoral Cognitiva Comunicación e información Esta asignatura contribuye a formar las competencias profesionales de: Temario Métodos prácticas y -Elaboración de soluciones a problemas de automatización y control. -Elaboración de soluciones a problemas de manufactura automatizada. -Elaboración de soluciones a problemas de automatización de robots manipuladores. -Elaboración de soluciones a problemas de mecatrónica. Unidades Contenidos Unidad 1 Introducción a los Sistemas de Control Digital. Unidad 2 La Transformada z. Unidad 3 Análisis en el plano z de sistemas de control en el tiempo discreto. Unidad 4 Diseño de sistemas de control en tiempo discreto mediante métodos convencionales. Unidad 5 Métodos Prácticas Análisis en espacio de estado. Se utilizará el basado en problemas y se fomentará el colaborativo mediante análisis y solución de ejercicios, en donde el profesor será un facilitador, promoviendo el significativo. El proceso enseñanza- se reforzará
Mecanismos y procedimientos de evaluación Exámenes parciales Evidencias de desempeño Programa sintético mediante trabajos de investigación y tareas para cada uno de los temas. El profesor fomentará el uso de las TIC s y de programas especializados para solución y simulación de problemas. 1 Examen Departamental programado y a través de las evidencias de desempeño ( 16 Sesiones ). Valor relativo 20%. 2 Examen Departamental programado y a través de las evidencias de desempeño ( 15 Sesiones ). Valor relativo 20%. 3 Examen Departamental programado y a través de las evidencias de desempeño ( 17 Sesiones ). Valor relativo 20%. 4 Examen Departamental programado y a través de las evidencias de desempeño ( 16 Sesiones ). Valor relativo 20%. 5 Proyecto de materia o integrador. Valor relativo 20%. Portafolio de evidencias a través el cual se evalúan las competencias desarrolladas y que puede consistir de: Cuadernillo de ejercicios resueltos Reportes de prácticas Simulaciones Documentación de prototipos Reportes técnicos relacionados con la materia (escrito, fotos y/o videos) Otras que el profesor considere pertinentes. Examen ordinario Examen Extraordinario Examen a título de suficiencia Examen de regularización Otros métodos y procedimientos Promedio de los exámenes parciales programados, prácticas y otras evidencias que muestren el del alumno basado en el desarrollo de competencias. Examen departamental en el que se evalúa todo el contenido del programa y las competencias que se desarrollan en el curso. Se hace necesaria la presentación del portafolio de evidencias como requisito para la presentación del examen. Examen departamental en el que se evalúa todo el contenido del programa y las competencias que se desarrollan en el curso. Se hace necesaria la presentación del portafolio de evidencias como requisito para la presentación del examen. Examen departamental en el que se evalúa todo el contenido del programa y las competencias que se desarrollan en el curso. Se hace necesaria la presentación del portafolio de evidencias como requisito para la presentación del examen. Empleo de software matemático como MAPLE y MATHCAD y foros educativos, en la resolución de proyectos enfocados a casos.
Bibliografía básica de referencia Programa sintético Otras actividades La participación en clases, trabajos extra-clase de académicas investigación, tareas, asistencia a clases y trabajos en requeridas equipo. Textos básicos 1. Katsuhiko Ogata. Sistemas de control en tiempo discreto. 2ª edición. Prentice Hall. 2003. ISBN 0-13-034281-5 2. Richard C. Dorf. Sistemas de control moderno. 10ª edición. Prentice Hall. 2006. ISBN 13: 978-84-205-4401-4 3. Norman S. Nise. Sistemas de control para ingeniería. 3ª edición. Grupo Editorial Patria. 2008. ISBN 13: 978-970-24-0254-1 Textos complementarios 4. Oscar Reinoso García. Control de sistemas discretos. Mc Graw Hill
Programa Analítico Teoría de Control II Semestre Horas de teoría por semana Horas de práctica por semana Horas trabajo adicional estudiante Créditos VI 2 2 2 6 Objetivos generales Objetivos específicos Que el alumno identifique los diferentes tipos de sistemas de control digital. Analizar estos sistemas digitales mediante la herramienta matemática de la transformada z, incluyendo los conceptos de muestreo mediante pulsos, la retención de datos, el teorema de muestreo, la función de transferencia pulso y los filtros digitales. El alumno diseñará sistemas de control en tiempo discreto mediante métodos tradicionales, analizando su estabilidad a lazo cerrado en el plano z, el análisis de las respuestas transitorias y en estado estacionario. Además, utilizará el diseño basado en el método del lugar geométrico de las raíces y el método de respuesta en frecuencia. Finalmente, el alumno realizará el análisis en el espacio de estados para lograr diseños basados en la ubicación de polos y el diseño de observadores de bajo orden. Unidades 1. Introducción a los sistemas de control digital. Objetivo específico El alumno identificará los tipos de sistemas de control digital, y manejara con solvencia los conceptos relacionados con formas de señales de un sistema de control digital, muestreador, retenedor y convertidores de señales. Tendrá el conocimiento de cuantificación y error de cuantificación para sistemas de control digital. 2. La transformada z. El alumno utilizará la herramienta matemática de la transformada z para hacer el análisis de los sistemas discretos. Conocerá la transformación z de funciones elementales, sus propiedades y teoremas más importantes. Finalmente, aplicará los conocimientos de la inversa de la transformada z para representar los resultados en función del tiempo y resolver ecuaciones en diferencias. 3. Análisis en el plano z de sistemas de control en el tiempo discreto. 4. Diseño de sistemas de control en tiempo discreto mediante métodos convencionales. 5. Análisis en espacio de estado. El estudiante aprenderá a analizar de forma discreta el muestreo mediante pulsos y la retención de datos, además, realizará el calculo de la transformada z por el método de integral de convolución. El alumno utilizará el teorema del muestreo para reconstruir señales originales a partir de señales muestreadas. Por último, empleará el concepto de la función de transferencia pulso para el análisis de controladores digitales y filtros digitales. El alumno entenderá la correspondencia del plano s con el plano z, analizando en este último la estabilidad de sistemas de control a lazo cerrado. Estudiará los métodos del lugar de las raíces, respuesta en frecuencia en el plano w y el método analítico para controladores digitales. El estudiante podrá analizar sistemas de control digital de más de una variable de entrada y más de una variable de salida utilizando el concepto del método en el espacio de estados.
Contribución al Perfil de Egreso a Desarrollar El egresado logrará conocer, analizar y elaborar sistemas de control digital en tiempo discreto. Ésta materia dará las herramientas necesarias para el análisis y el diseño de sistemas de control discreto ampliamente utilizadas en prototipos electrónicos. Genéricas Profesionales Científico-Tecnológico Ético-valoral Cognitiva Comunicación e información Esta asignatura contribuye a formar las competencias profesionales de: -Elaboración de soluciones a problemas de automatización y control. -Elaboración de soluciones a problemas de manufactura automatizada. -Elaboración de soluciones a problemas de automatización de robots manipuladores. -Elaboración de soluciones a problemas de mecatrónica. Contenidos y métodos por unidades y temas Unidad 1 Introducción a los Sistemas de Control Digital Tema 1.1 Introducción. 1.1.1 Tipos de señales 1.1.2 Sistemas de control en tiempo continuo y discreto 1.1.3 Proceso de muestreo Tema 1.2 Sistemas de control digital. 1.2.1 Formas de las señales en un sistema de control digital 1.2.2 Definición de términos 1.2.3 Tipos de operaciones de muestreo Tema 1.3 Cuantificación y error de cuantificación. Tema 1.4 Sistemas de adquisición, conversión y distribución de datos. Lecturas y otros 2 hrs. Se recomienda leer los temas de la bibliografía sugerida, y resolver problemas indicados por el maestro. Se recomienda el uso de software de descarga libre, tutoriales y participación en foros de discusión disponibles en Internet. Métodos de enseñanza Se impartirá mediante sesiones expositivas por el maestro y los alumnos. Sesiones de solución de problemas con ayuda de las TICs con la finalidad de ampliar y profundizar los temas y tópicos del curso. Se alentará a los alumnos a realizar exposiciones con ayuda de equipo multimedia para explicar diferentes métodos de diseño y solución a problemas reales planteados. Se expondrán por parte del maestro, con ayuda de equipo multimedia, la teoría que requiera una explicación amplia para su comprensión, y se buscará el significativo, colaborativo y constructivista, fomentando en los estudiantes el aprender a aprender.
Actividades de Formar equipos (heterogéneos) para discusión y análisis de conceptos previamente investigados. Identificar diferentes tipos de ecuaciones diferenciales. Programar sesiones de resolución analítica de ecuaciones diferenciales de primer orden. Utilizar software para graficar y analizar cualitativamente soluciones de ecuaciones diferenciales de primer orden. Resolver banco de ejercicios propuestos. Unidad 2 La transformada z 8 hs Tema 2.1 La transformada z Tema 2.2 Transformada z de funciones elementales Tema 2.3 Propiedades y teoremas importantes de la transformada z Tema 2.4 La transformada z inversa Lecturas y otros Libro de texto, y MATLAB (Paquete de software) Métodos de enseñanza Se impartirá mediante sesiones expositivas por el maestro, y sesiones de solución de problemas. El maestro indicará a los alumnos los ejercicios que deberán resolver como práctica en forma de tarea. Actividades de Las actividades específicas de los estudiantes son; prácticas, lecturas, tareas, ejercicios en clases, investigación extra-clase en grupos. Unidad 3 Análisis en el plano z de sistemas de control en tiempo discreto Tema 3.1 Muestreo mediante impulso y retención de datos 3.1.1 Muestreo mediante impulso 3.1.2 Circuitos para la retención de datos 3.1.3 Retenedor de orden cero 3.1.4 Función de transferencia de un retenedor de primer orden Tema 3.2.Cálculo de la transformada z mediante el método de la integral de convolución Tema 3.3 Reconstrucción de señales originales a partir de señales muestreadas. 3.3.1 Teorema del muestreo. 3.3.2 Filtro pasa-bajas ideal. 3.3.3 Características de respuesta en frecuencia de un retenedor de orden cero. 3.3.4 Doblamiento. 3.3.5 Traslape. 3.3.6 Oscilaciones escondidas. Tema 3.4 Función de transferencia pulso. 3.4.1 Función de transferencia pulso. 3.4.2 Procedimientos generales para obtener funciones de transferencia pulso. 3.4.3 Función de transferencia pulso de elementos en cascada. 3.4.4 Función de transferencia pulso de sistemas a lazo cerrado. 3.4.5 Función de transferencia pulso de un controlador digital. 3.4.6 Función de transferencia pulso de sistemas a lazo cerrado de un controlador digital. 3.4.7 Función de transferencia pulso de un controlador PID digital. Tema 3.5 Realización de controladores y filtros digitales. 16 hrs.
Lecturas y otros Métodos de enseñanza Actividades de 3.5.1 Programación directa. 3.5.2 Programación estándar. 3.5.3 Programación en serie. 3.5.4 Programación en paralelo. 3.5.5 Programación en escalera. Se recomienda leer los temas de la bibliografía sugerida, y resolver problemas indicados por el maestro. Se impartirá mediante sesiones expositivas por el maestro, y sesiones de solución de problemas. El maestro indicará a los alumnos los ejercicios que deberán resolver como práctica en forma de tarea. Las actividades específicas de los estudiantes son; prácticas, lecturas, tareas, ejercicios en clases, investigación extra-clase en grupos. Unidad 4 Diseño de sistemas de control en tiempo discreto mediante métodos 16 hrs convencionales. Tema 4.1 Correspondencia entre el plano s y el plano z. Tema 4.2 Análisis de estabilidad de sistemas en lazo cerrado en el plano z. 4.2.1 Métodos para probar la estabilidad absoluta. 4.2.2 La prueba de estabilidad de Jury. 4.2.3 Análisis de estabilidad mediante la transformación bilineal y el criterio de estabilidad de Routh. Tema 4.4 Análisis de la respuesta transitoria y en estado permanente. Tema 4.5 Diseño basado en el método del lugar geométrico de las raíces 4.5.1 Condiciones de ángulo y magnitud. 4.5.2 Procedimiento general. 4.5.3 Reglas generales. 4.5.4 Cancelación de polos de G(z) con los ceros de H(z) 4.5.5 Diagrama del lugar de las raíces. 4.5.6 Efectos del periodo de muestreo T en la respuesta transitoria. Tema 4.6 Diseño basado en el método de respuesta en frecuencia. Tema 4.7 Método de diseño analítico. Lecturas y otros Se recomienda leer los temas de la bibliografía sugerida, y resolver problemas indicados por el maestro. Métodos de enseñanza Se impartirá mediante sesiones expositivas por el maestro, y sesiones de solución de problemas. El maestro indicará a los alumnos los ejercicios que deberán resolver como práctica en forma de tarea. Actividades de Las actividades específicas de los estudiantes son; prácticas, lecturas, tareas, ejercicios en clases, investigación extra-clase en grupos.. Unidad 5 Análisis y Diseño de Sistemas de Control mediante la Respuesta en Frecuencia Tema 5.1 Diagramas de Bode. Tema 5.2 Representación de Diagramas de Bode con MATLAB. Tema 5.3 Análisis de Estabilidad. Tema 5.4 Análisis de la Respuesta Transitoria con MATLAB. Tema 5.5 Compensación de Adelanto Tema 5.6 Compensación de Atraso. Tema 5.7 Compensación Adelanto-Atraso. Tema 5.8 Reglas de Sintonización de Controladores PID. 22 hrs
Lecturas y otros Métodos de enseñanza Actividades de Se recomienda leer los temas de la bibliografía sugerida, y resolver problemas indicados por el maestro. Se impartirá mediante sesiones expositivas por el maestro, y sesiones de solución de problemas. El maestro indicará a los alumnos los ejercicios que deberán resolver como práctica en forma de tarea. Las actividades específicas de los estudiantes son; prácticas, lecturas, tareas, ejercicios en clases, investigación extra-clase en grupos. Estrategias de enseñanza y Se impartirá mediante sesiones expositivas por el maestro y de los alumnos, y sesiones de solución de problemas, con apoyo de las TIC. Se alentará a los alumnos a realizar exposiciones con ayuda de equipo multimedia para explicar diferentes métodos de solución a problemas reales planteados. Se expondrán por parte del maestro, con ayuda de equipo multimedia, la teoría que requiera una explicación amplia para su comprensión, y se buscará el significativo, colaborativo y constructivista, fomentando en los estudiantes el aprender a aprender. Los alumnos aprenderán a utilizar programas para graficar soluciones de ecuaciones diferenciales. Los trabajos de investigación, graficación, ejercicios resueltos en clase y tareas por parte de los alumnos tienen la finalidad de ampliar y profundizar los temas y tópicos del curso. Todas las estrategias de enseñanza y estarán enfocadas a lograr que el alumno desarrolle las competencias marcadas en su perfil de egreso. Evaluación y acreditación Elaboración y/o presentación de: Periodicidad Abarca Ponderación Primer examen parcial departamental y 3 semanas El contenido de 20% a través de las evidencias de desempeño ( Programado ) 10 sesiones de una hora Segundo examen parcial departamental y a través de las evidencias de desempeño 4 semanas ( Programado ) El contenido de 16 sesiones de una hora 20% Tercer examen parcial departamental y a través de las evidencias de desempeño 4 semanas ( Programado ) El contenido de 16 sesiones de una hora 20% Cuarto examen parcial departamental y a través de las evidencias de desempeño 5 semanas ( Programado ) El contenido de 22 sesiones de una hora 20% Otra actividad 1 Durante todo el Asistencia a Requisito curso clase Proyecto integrador o de materia Durante todo el Todo el curso 20% curso TOTAL 100% Examen ordinario. Se evalúa como el Al terminar el El contenido del 100% promedio del total de evaluaciones parciales. curso curso. Examen Extraordinario. Examen departamental en el que se evalúa todo el contenido del El contenido del curso. 100% programa y las competencias que se
desarrollan en el curso. Se hace necesaria la presentación del portafolio de evidencias como requisito para la presentación del examen. Examen a título. Examen departamental en el que se evalúa todo el contenido del programa y las competencias que se desarrollan en el curso. Se hace necesaria la presentación del portafolio de evidencias como requisito para la presentación del examen. Examen de regularización. Examen departamental en el que se evalúa todo el contenido del programa y las competencias que se desarrollan en el curso. Se hace necesaria la presentación del portafolio de evidencias como requisito para la presentación del examen. El contenido del curso. El contenido del curso. 100% 100% Bibliografía y informáticos Textos básicos 1. Katsuhiko Ogata. Sistemas de control en tiempo discreto. 2ª edición. Prentice Hall. 2003. ISBN 0-13- 034281-5 2. Richard C. Dorf. Sistemas de control moderno. 10ª edición. Prentice Hall. 2006. ISBN 13: 978-84- 205-4401-4 3. Norman S. Nise. Sistemas de control para ingeniería. 3ª edición. Grupo Editorial Patria. 2008. ISBN 13: 978-970-24-0254-1 Textos complementarios 4. Oscar Reinoso García. Control de sistemas discretos. Mc Graw Hill Sitios de Internet