DOCENTE RESPONSABLE Nombre y Apellido Gerardo Gabriel Acosta Planificación Anual Asignatura Sistemas de Control Año 2017 Categoría Docente Profesor Titular MARCO DE REFERENCIA Asignatura Sistemas de Control Código: E5.0 Plan de estudios Ingeniería Electromecánica 1999 - Ord.C.S.Nº 2406/98 (1) Ingeniería Electromecánica 2004 - Ord.C.S.Nº 2395/04 (2) Ubicación en el Plan 4º año - 2º cuatrimestre (1) 4ª año, 2ª cuatrimestre (2) Duración (1) Cuatrimestral Carácter Obligatoria Carga horaria 90 h Experimental 10 h Problemas ingeniería 10 h Proyecto - diseño 10 h Práctica sup. Asignaturas correlativas (1) Cursadas Aprobadas Electrónica Analógica y Digital (E1.0) Otras cond. para cursar Inglés (X1.0) - Nº finales adeudados < 10 Duración (2) cuatrimestral Carácter obligatoria Carga horaria 90 h Experimental 10 h Problemas ingeniería 10 h Proyecto - diseño 10 h Práctica sup. Asignaturas correlativas (2) Cursadas Aprobadas Otras cond. para cursar Contenidos mínimos (E1.0)Electron Analóg y Dig.; (E14.0) Máq. Eléctricas I El Nº de asignaturas obligat cursadas y no aprob no debe ser >10 (X5.2) Sem Introd a Ing. Electrom; (X1.1)Idioma; (X2.2)Curso Com Técn (1)Sistemas realimentados. Modelos matemáticos de sistemas físicos. Análisis de estabilidad. Acciones básicas de control. Control lógico y secuencial. Introducción al control en tiempo discreto. Control Distribuido. (2) Sistemas realimentados. Modelos matemáticos de sistemas físicos. Análisis de estabilidad. Acciones básicas de control. Introducción al control en tiempo discreto. Control lógico y secuencial. Control distribuido. Depto. responsable Ingeniería Electromecánica Área Electrónica Nº estimado de alumno 15 OBJETIVOS Se pretende que el Ingeniero Electromecánico egresado de esta Facultad sea capaz de comprender y analizar con profundidad los distintos elementos vinculados con el control automático, haciendo especial énfasis en las estrategias de control empleadas en el medio industrial. APORTE A LA FORMACIÓN BÁSICA Y/O PROFESIONAL Al aprobar esta asignatura el alumno queda capacitado para: 1- concebir, diseñar y desarrollar sistemas de control de baja a media complejidad. 2- utilizar de manera efectiva técnicas y herramientas de ingeniería de control, concretamente manejar y programar con solvencia controladores industriales (básicamente PID's analógicos y digitales y PLC's). 3- asumir responsabilidades y roles dentro de un equipo de trabajo 0 h 0 h DESARROLLO Actividades y estrategias didácticas Se imparten clases teórico - prácticas con alto grado de participación del alumno, lo que le facilita afianzarse en la adquisición de conocimientos en forma gradual a lo largo del cuatrimestre que dura el curso. El alumno asiste a prácticas de resolución de problemas de una guía, de laboratorio y de empleo de programas que lo asisten en la resolución de tales problemas. Asimismo ha de concretar una tarea práctica de tipo "hands-on" para resolver un problema sencillo de control o automatización. El dictado de los temas en 2 clases semanales de 3 horas cada una, (Lunes de 17:00 a 20:00hs en Gabinete 1 de Computación y Viernes de 17:00 a 20:00hs. en Aula 6 de Electro), comprenderá: * clases teórico - prácticas donde se desarrollará el tema desde una perspectiva teórica, complementándolos con resolución y/o asistencia en la resolución de ejemplos típicos y problemas de una guía de trabajos prácticos que generen la discusión y ayuden a la comprensión Página 1 de 5
del mismo. Muchos de estos problemas se resolverán mediante el empleo de software * realización de trabajos prácticos de laboratorio con elementos de sistemas de control reales que le permitan al alumno palpar los alcances y limitaciones de las simulaciones hechas en la computadora. * resolución de un problema práctico sencillo de diseño de control o automatización. De estas dos últimas tareas el alumno preparará un informe escrito que presentará a los docentes, respondiendo a las preguntas que se le formulen al respecto. Los laboratorios, clases de Matlab y Twido, y resolución de problema práctico se harán en las Aulas de Computación, el Laboratorio de Automatización y Robótica (LAR) y/o el Laboratorio de Electricidad y Electrónica (LABEYEL), del Departamento de Ingeniería Electromecánica. Recursos didácticos * retroproyector para presentación de temas mediante transparencias * gabinete de computadoras personales para resolución de ciertos problemas con software especializado y acceso a Internet * laboratorio de PLC empleando nanoautómatas TWIDO (Telemecanique) ó SIMATIC S7-1200 (Siemens). * laboratorio de PID sobre planta piloto de control de flujo de aire. Evaluación de los alumnos Estrategia de evaluación Cursada por un examen parcial con recuperatorio, que se aprobarán con 6/10 puntos. Asimismo, los alumnos deberán presentar los resultados de laboratorios PLC y PID, y la tarea de diseño de un sistema de control o automatización sencillo, todos en forma escrita. Para ello se organizarán en comisiones de no más de 4 alumnos y deberán responder a las preguntas que los docentes les realicen en oportunidad de su entrega. Aprobarán estas actividades prácticas (laboratorios y tarea) también con 6/10 puntos. Aquellos que aprueben el exámen parcial y los informes, habrán CURSADO la asignatura. Rindiendo un COLOQUIO FINAL y habiendo obtenido una calificación en el parcial e informes mayor o igual a 7/10 puntos, los alumnos que cursan pueden PROMOCIONAR la asignatura. La nota final para el acta de APROBACIÓN de la asignatura se obtiene mediante la sig. fórmula que tiene en cuenta parcial (P), informes de laboratorio (L1 y L2), Tarea Práctica (T) y coloquio (C): NF=0,25P+0,1L1+0,1L2+0,25T+0,3C Para mayores detalles referirse a las Res. CAFI Nº 227/04 y Res. CAFI Nº 228/04. Examen libre N Justificación Se trata de una asignatura con formación práctica en laboratorios y una visita a planta, en la que se hace énfasis en el esfuerzo uniformemente distribuido durante todo el cuatrimestre de cursada para alcanzar los objetivos. Evaluación del desarrollo de la asignatura Clases Prácticas: TP#1: Introducción a los lazos realimentados - Sistemas lineales. Transformada de Laplace - Función de Transferencia - Álgebra de bloques - Modelos Matemáticos de sistemas lineales - Concepto de polo, cero y constantes de tiempo. TP#2: Respuesta transitoria de Sistemas lineales - Análisis de sistemas de 1er y 2º orden - Especificaciones dinámicas. TP#3: Especificaciones estáticas - Coeficientes de error - Índices de desempeño. TP#4: Análisis de estabilidad mediante los métodos de Routh-Hurwitz y Diagrama del Lugar de las raíces (Evans). Análisis de estabilidad mediante los métodos frecuenciales (Diagramas de Bode). TP#5: Análisis y diseño de compensadores sencillos - Control mediante PID de distintos sistemas. TP#6: Transformada y antitransformada Z - Interconexión de sistemas continuos y discretos - Selección de frecuencia de muestreo - Análisis y diseño de compensadores sencillos en el dominio discreto - PID digital y tiempo mínimo. Laboratorios: PLC y PID Tareas: ad hoc por cada cursada. Página 2 de 5
Cronograma Semana 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Recursos Docentes de la asignatura Nombre y apellido Gerardo Acosta Edgardo Beytía Recursos materiales Tema / Actividades Cap I (Introducción - Conceptos básicos - Sistemas Lineales) Cap I y II (Modelos matemáticos - Respuesta transitoria - software) Cap II (Análisis de respuesta estacionaria) Cap III (Estabilidad - Routh/Hurwitz - Evans - Bode) Cap IV (Compensadores - Control PID) Cap IV (Control PID) + Examen Parcial Laboratorio PID Cap V (Control Digital) + Planteo de Tarea Práctica Cap V (Control Digital) + Recuperatorio Parcial Cap VI (PLC) Laboratorio PLC Laboratorios + Tarea Práctica Entrega Laboratorios Cap VII (Tendencias - cont. distrib.) + Tarea Práctica Entrega de Tarea Práctica + Coloquio Promoción Entrega de cursadas Software, sitios interesantes de Internet Empleo de MATLAB para la asistencia en la resolución de problemas Empleo de programadores de PLC Twido Telemecanique y Simatic S7-1200 Siemens Algunos sitios interesantes http://www.aadeca.org http://www.ieee.org/index.html http://www.ieee.org.ar/index.asp http://www.manufacturing.net/magazine/ce/ http://www.mathworks.com/ http://www.plcs.net/ Principales equipos o instrumentos Función docente Laboratorio de Automatización y Robótica (LAR) * 3 bancos de trabajo con PLC TWIDO (para laboratorio PLC) * 6 bancos de trabajo con PLC S7-1200 (para laboratorio PLC) * Planta piloto de control de velocidad de ventilador (para laboratorio PID) * Matlab + Control System Toolbox Aulas * cañón para proyectar filminas y manejo de sotware * acceso a la red de área local de la Facultad/Internet Gabinete de Computación * 20 puestos de trabajo (PC) con Matlab + Control System Toolbox y programadores de PLC Espacio en el que se desarrollan las actividades Aula Otros X Prof. Titular - Teoría y Práctica JTP - Teoría y Práctica Laboratorio X Gabinete de computación X Campo X cuando es posible se organizan visitas a la planta LAMALI de Loma Negra CIASA OTROS DATOS Cursada intensiva N Cursada cuatrimestre contrapuesto N Página 3 de 5
Departamento responsable Plan de estudios Programa Analítico Asignatura Sistemas de Control (E5.0) Ingeniería Electromecánica Ingeniería Electromecánica 1999 Ingeniería Electromecánica 2004 Área Electrónica Programa Analítico de la Asignatura - Año 2017 CAPÍTULO I: Introducción a los sistemas realimentados de control. Control de lazo abierto y de lazo cerrado. Repaso de Transformada de Laplace y Álgebra de bloques. Modelos matemáticos de sistemas físicos. Función de transferencia. Sistemas mecánicos, hidráulicos, térmicos, eléctricos. Analogía entre sistemas. CAPÍTULO II: Análisis de la respuesta transitoria de sistemas (especificaciones dinámicas). Análisis de sistemas de 1er y 2º orden. Sistemas de orden superior. Definición de estabilidad absoluta y relativa. Respuesta al impulso, escalón y rampa de sistemas de 1er y 2º orden. Definición de error de estado estacionario (especificaciones estáticas). Coeficientes de error. Clasificación de sistemas según el error. Índices de desempeño. CAPÍTULO III: Análisis de estabilidad de sistemas lineales continuos. Método del lugar de las raíces (Evans). Reglas generales para la construcción del lugar de raíces. Método de Routh-Hurwitz. Análisis de estabilidad utilizando ambos métodos. Métodos frecuenciales. Análisis de estabilidad empleando diagramas de Bode. Margen de ganancia y margen de fase. Criterio de estabilidad de Nyquist. Nociones de Compensación. CAPÍTULO IV: Acciones básicas de control. Controladores lineales y no lineales. Acción SI-NO, Proporcional, Integral y Derivativa (PID). Esquemas básicos de control industrial, controladores en cascada y avanacción. CAPÍTULO V: Introducción al control digital. Transformada Z. Muestreo y reconstrucción de señales. Ecuación a diferencias. Función de transferencia y comportamiento transitorio de sistemas muestreados. Analogías y diferencias con los sistemas continuos. Controladores PID digitales y de tiempo mínimo. CAPÍTULO VI: Controladores Lógicos Programables (PLC). Arquitectura general. Distintos tipos de representación (diagramas escalera, sentencias, compuertas lógicas). Instrucciones básicas. Programación de aplicaciones. CAPÍTULO VII: Tendencias actuales en automatización industrial. Control Distribuido. Manufactura Asistida por Computadora (CAM). Manufactura Integrada por Computadora (CIM). Sistemas de Control Supervisor (SCADA). Bibliografía Básica Ogata, K.: "Ingeniería de Control Moderna". 3ra Ed., Prentice Hall, 1997. Ogata, K.: "Sistemas de Control en Tiempo Discreto". 2a Ed., Pearson Educación, 1996. Ogata, K.: "Solving Control Engineering Problems with MATLAB", Ed. Prentice-Hall, Inc., 1994. Ogata, K.: "Problemas de ingeniería de control utilizando MATLAB", Ed. Prentice-Hall, 1998. Kuo, B.: "Automatic Control Systems", Ed. Prentice-Hall, Inc., 1995. Kuo, B.: "Digital Control Systems", Oxford University Press, 1992. Kuo, B.: "Sistemas Automáticos de Control", Ed. CECSA, 2a edición, 1978. Bibliografía de Consulta Ogata, K.: "Discrete-Time Control Systems", 2nd Ed., Prentice-Hall, 1995. Sinha, N.: "Control Systems", Ed. J. Wiley & Son, 1994. Frederick, D. and Chow, J.: "Feedback Control Problems using MATLAB", Int'l Thomson Pub. Co., 1995. Astrom, K. and Wittenmark, B.: "Computer-Controlled Systems", Ed. Prentice-Hall, 1997. Kailath, T: "Linear Systems", Englewood Cliffs, N.J., Ed. Prentice-Hall, Inc., 1980. Auslander y otros: "Introducción a los sistemas de control", Ed. McGraw-Hill, 1976. Shinskey, F.G.: "Process Control Systems", 3rd Ed. McGraw Hill, 1988. Shinskey, F.G.: "Sistemas de Control de Procesos, aplicaciones, diseño y sintonización", McGraw Hill Buenos Aires, 1996. Szklanny, S. y Behrends, C.: "Sistemas Digitales de Control de Procesos", Ed. Control S.R.L., 1994. Wilhelm, R. E.: "Programmable Controller Handbook", Ed. Hayden, 1985. Porras, A. y Montanero, A.: "Autómatas Programables", Ed. McGraw Hill, 1990. Considine, D.: "Process/Industrial Instruments and Controls Handbook", Ed. McGraw Hill, 1993. Página 4 de 5
Docente Responsable Nombre y Apellido Gerardo Gabriel Acosta Dirección de Departamento Secretaría Académica Página 5 de 5