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8/13/2019 Modelado de Sistemas.pdf

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

SECRETARA ACADMICADIRECCIN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERA Y

CIENCIAS FSICO MATEMTICAS

PROGRAMA SINTTICO

CARRERA: Ingeniera en Control y Automatizacin

ASIGNATURA: Modelado de Sistemas SEMESTRE: Cuarto

OBJETIVO GENERAL:El alumno emplear los conceptos bsicos del modelado en la formulacin y simulacin de los modelosmatemticos para evaluar el comportamiento dinmico de los sistemas de control.

CONTENIDO SINTTICO:I. Conceptos BsicosII. Herramientas Computacionales para la Solucin del Modelo MatemticoIII. Modelado y Dinmica de Sistemas Fsicos LinealesIV. Modelado y Dinmica de Sistemas Fsicos no Lineales

V. Identificacin y Sensibilidad de Sistemas

METODOLOGA:Se utilizar diversas tcnicas de aprendizaje (elaborativas, exploratoria y regulativas) para promover laparticipacin activa de los estudiantes en la bsqueda, de que acten con pensamiento crtico y reflexivo.

EVALUACIN Y ACREDITACIN:Se evaluar con tres exmenes departamentales, Primer examen unidades: I y II, Segundo: examenunidad III, Tercer examen: unidades IV y V. La calificacin de la teora ser el promedio de los tresexmenes departamentales con un peso de 50%, cada alumno elaborar y entregar un reporte porprctica de laboratorio efectuada y el promedio de las calificaciones obtenidas tendr un peso del 50%.

La calificacin definitiva ser la suma de la obtenida en la teora y en el laboratorio. Siempre y cuando,ambas sean aprobatorias.

BIBLIOGRAFA:G:H: Hostetter, C:J: Savant y R:T: Stefant. Sistemas de Control; nueva editorial latinoamericanaHoward L. Harrison y John G. Bollinger. Controles Automticos; Editorial, Trillas.Benjamin C. Kuo. Sistemas Automticos de Control; Compaa Editorial Continental, S.A. de C.V.Eronii Umez-Eronini, Dinmica de Sistemas y Control; Ed. Thomas Learning.Katsuhiko Ogata; Ingeniera de Control Moderna, Ed. Prentice Hall.Katsuhiko Ogata Dinmica de Sistemas; Ed. Prentice Hall.Katsuhiko Ogata; Problemas de Ingeniera de Control Utilizando Matlab un Enfoque Prctico; Ed.Prentice Hall.Smith y Corripio; Control Automtico de Procesos Teora y Prctica; Ed. Limusa.


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ESCUELA: Superior de Ingeniera Mecnica yElctrica

CARRERA: Ingeniera en Control y AutomatizacinOPCIN:COORDINACIN:DEPARTAMENTO: Acadmico de Ingeniera enControl y Automatizacin

ASIGNATURA: Modelado de SistemasSEMESTRE: 4

CLAVE:CRDITOS: 9VIGENTE: Agosto 2004TIPO DE ASIGNATURA: Terico-PrcticaMODALIDAD: Escolarizada

TIEMPOS ASIGNADOS

HRS./SEMANA / TEORA: 3

HRS./SEMANA / PRCTICA: 3HRS./TOTALES / SEMANA: 6

HRS./SEMESTRE / TEORA: 54HRS./SEMESTRE / PRCTICA: 54

HRS./TOTALES: 108

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO:POR: Academia de Control y AutomatizacinREVISADO POR: Subdireccin Acadmica.

APROBADO Por: Consejo Tcnico ConsultivoEscolar de la ESIME ZacatencoDr. Alberto Cornejo Lizarralde

AUTORIZADO POR: Comisin de Planes yProgramas de Estudio del Consejo GeneralConsultivo del IPN


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ASIGNATURA: Modelado de Sistemas CLAVE: HOJA: 2 DE 9

FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA

En la formacin del ingeniero en control y automatizacin, es necesario el dominio de los sistemas decontrol, por esta razn el estudio de los modelos matemticos obtenidos de los sistemas fsicos tantoelctricos, mecnicos, hidrulicos, neumticos y trmicos son de gran importancia.Este curso es introductorio a la teora del control, ya que se plantean las bases metodolgicas para elanlisis de los sistemas de control, es decir, el modelado y la simulacin de sistemas.

Las asignaturas antecedentes son: Ecuaciones Diferenciales. Teora de los Circuitos I, Fundamentos deProgramacin, Mtodos Numricos, Electricidad y Magnetismo, Fsica Clsica, Qumica Clsica yMecnica.

Las asignaturas consecuentes son: Teora del Control I, Mquinas Elctricas I, Electrnica II

Las asignaturas colaterales son: Teora de los Circuitos II, Electrnica I

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA

El alumno emplear los conceptos bsicos del modelado en la formulacin y simulacin de los modelosmatemticos para evaluar el comportamiento dinmico de los sistemas de control.


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ASIGNATURA: Modelado de Sistemas CLAVE: HOJA: 3 DE: 9

No. UNIDAD: I NOMBRE: Conceptos Bsicos.

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD

El alumno utilizar tanto la terminologa que involucra el modelado de los sistemas fsicos, como surelacin con los sistemas de control.

HORASNo.TEMA

TEMAST P EC

CLAVEBIBLIOGRFICA

1.1

1.2

1.31.3.1

1.3.21.3.31.3.41.3.51.3.6

1.4

1.4.11.4.21.4.3

1.4.41.4.51.4.6

Introduccin.

Definicin de trminos (Sistema, Control,

Modelado, Simulacin, Tiempo Real, Emulador,Funcin de Transferencia, etc.)

Clasificacin de Sistemas.Parmetros distribuidos, Parmetrosconcentrados.Deterministicos, Estocsticos.Tiempo continuo, Tiempo discreto.Lineales, No lineales.Variantes en el tiempo, Invariantes en el tiempo.Homogneo, No homogneo.

Diferentes Representaciones de los ModelosMatemticos SISO y MIMO.Representacin en ecuaciones diferenciales.Representacin en variables de estado.Representacin en diagramas de simulacinanalgica.Representacin en funcin de transferencia.Representacin en diagramas a bloques.Representacin en diagramas de flujo de seal.

1.5

1.5

1.5

4.0

4B, 5C

4B, 5C

4B, 5C, 3C

4B, 5C, 3C

ESTRATEGIA DIDCTICAInvestigacin por parte del alumno de sistemas reales en los cuales pueda aplicar los temas vistos.Solucin de ejercicios y de aplicacin prctica con el uso de la computadora.

Visitas tcnicas.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACINRealizacin del un examen escrito de los temas de la unidad. La calificacin se complementar con lasinvestigaciones realizadas y la participacin en la solucin de ejercicios en el saln de clase


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No. UNIDAD: II NOMBRE:Herramientas computacionales para la solucin del modelomatemtico


Aplicacin del alumno de las herramientas computacionales necesarias para la solucin de los modelosmatemticos de sistemas.

HORASNo.TEMA

TEMAST P EC

CLAVEBIBLIOGRFICA

2.1

2.1.1

2.1.2

2.22.2.12.2.22.2.32.2.4

2.32.3.12.3.2

Lenguajes de Programacin Aplicados a laSolucin del Modelo.C/C++, Matlab, etc.

Anlisis comparativo (ventajas y desventajas)

Introduccin a Matlab.Solucin de ecuaciones diferencialesSolucin del modelo de estado.Solucin de funciones de transferencia.Obtencin de representaciones equivalentes.

Introduccin a Simulink.Solucin de diagramas de simulacin.Solucin de diagramas de bloques.

1.5

4.0

3.0

7.5

4.5

7B, 5C

7B, 5C

7B, 5C

ESTRATEGIA DIDCTICAExposicin de los temas por el profesor con el auxilio de la computadora digital.Solucin de ejercicios de aplicacin prctica con el uso de la computadora.Solucin de tareas por parte de los alumnos en el saln de clase.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACINPrimer examen departamental, reporte de las prcticas y participacin activa del alumno en la solucin deejercicios.


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No. UNIDAD: III NOMBRE: Modelado y dinmica de sistemas fsicos lineales


Modelacin por el alumno de sistemas fsicos lineales, mediante la aplicacin de las leyes fsicas, yanalizar la respuesta temporal de estos sistemas, como un medio de validacin del modelo.

HORASNo.TEMA

TEMAST P EC

CLAVEBIBLIOGRFICA

3.13.1.1

3.1.2

3.23.2.1

3.2.2

3.33.3.1

3.3.2

3.43.4.1

3.4.2

3.53.5.13.5.2

Modelado de Sistemas Elctricos.Representacin en ecuacin diferencial,transformada de Laplace, diagrama a bloques,

variables de estado.

Solucin del modelo mediante mtodosnumricos, usando entradas de prueba tpicas.Modelado de Sistemas Mecnicos.Representacin en ecuacin diferencial,transformada de Laplace, diagrama a bloques,variables de estado.Solucin del modelo mediante mtodosnumricos, usando entradas de prueba tpicas.Modelado de Sistemas Electromecnicos.Representacin en ecuacin diferencial,transformada de Laplace, diagrama a bloques,variables de estado.

Solucin del modelo mediante mtodosnumricos, usando entradas de prueba tpicas.Modelado de Sistemas Qumicos.Representacin en ecuacin diferencial,transformada de Laplace, diagrama a bloques,variables de estado.Solucin del modelo mediante mtodosnumricos, usando entradas de prueba tpicas.Sistemas Anlogos

Analogas entre elementos.Analogas entre sistemas (elctrico-mecnicolongitudinal, elctrico-mecnico rotacional,elctrico-sistemas qumicos, etc)

4.0

4.0

4.0

4.0

2.0

3.5

3.5

3.5

3.5

1C, 2B, 3C, 4B, 5C,6B

1C, 2B, 3C, 4B, 5C,6B

1C, 2B, 3C, 4B, 5C,6B

1C, 2B, 3C, 4B, 5C,6B, 8C

1C, 2B, 3C, 4B, 5C,6B, 8C

ESTRATEGIA DIDCTICAElaboracin de estrategias acordes con los propios estilos cognitivos que consideren el posible uso dediversas tcnicas de estudio y materiales didcticos.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACINRealizacin del segundo examen departamental. La calificacin del reporte de las prcticas que abarcala unidad y la participacin del alumno en la solucin de ejercicios en el saln de clase ser la calificacinde este modulo.


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No. UNIDAD: IV NOMBRE: Modelado y dinmica de sistemas fsicos no lineales


Modelacin por el alumno de los sistemas fsicos no lineales mediante diferentes mtodos matemticos yanalizar la respuesta temporal de estos sistemas como un medio de validacin del modelo

HORASNo.TEMA

TEMAST P EC

CLAVEBIBLIOGRFICA

4.14.1.14.1.2

4.24.2.1

4.2.2

4.34.3.1

4.3.2

Linealizacin de Funciones.Univariables.Multivariables.

Modelado de Sistemas Electromecnicos.Representacin en ecuacin diferencial,transformada de Laplace, diagrama a bloques,variables de estado.Solucin del modelo mediante mtodosnumricos, usando entradas de prueba tpicas.

Modelado de Sistemas Qumicos.Representacin en ecuacion diferencial,transformada de Laplace, diagrama a bloques,variables de estado.Solucin del modelo mediante mtodosnumricos, usando entradas de prueba tpicas..

2.0

4.0

4.0

3.0

3.0

2B, 8C

4B

8C

ESTRATEGIA DIDCTICA Interaccin con el profesor y atender sus indicaciones: tareas, exposicin, orientacin, ayudas. Realizacin de simulaciones con el uso de la computadora. Interaccin prctica-terica con el objeto de desarrollar la observacin y el anlisis.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN

Examen del perodo, reporte de prcticas de laboratorio y participacin individual y grupal por parte de losalumnos.


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No. UNIDAD: V NOMBRE: Identificacin y sensibilidad de sistemas


Identificacin por el alumno del modelo a partir de su respuesta temporal, anlisis de la sensibilidad delmodelo ante la variacin de sus parmetros y evaluacin de la sensibilidad del sistema ante la variacinde los parmetros y perturbaciones no deseadas.

HORASNo.TEMA

TEMAST P EC

CLAVEBIBLIOGRFICA

5.1

5.2

5.3

5.4

5.5

5.6

Introduccin a la identificacin de sistemas.

Identificacin de sistemas de primer orden, apartir de las caractersticas de la respuestatemporal.

Identificacin de sistemas de segundo orden, apartir de las caractersticas de la respuestatemporal.

La funcin de sensibilidad.

Estudio de la sensibilidad parametrica.

Estudio de la sensibilidad de laretroalimentacin.

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

6.0

6.0

6.0

8C

8C

8C

4B

4B

4B

ESTRATEGIA DIDCTICA Elaboracin y verificacin de hiptesis y aplicacin estrategias de ensayo error en la resolucin

de los problemas. Interaccin prctica-terica.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN

Realizacin del tercer examen departamental, la calificacin del reporte de las prcticas y la participacindel alumno en la solucin de ejercicios ser la calificacin de las unidades IV y V.


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RELACIN DE PRACTICAS

PrcticaNo.

NOMBRE DE LA PRACTICA UNIDADDURACIN

[Horas]LUGAR DE

REALIZACIN1

2

3

4

5

6

7

8

9

Introduccin a Matlab y lenguajes deprogramacin

Solucin de modelos aplicando Matlab.

Anlisis y validacin del modelado sistemaselctricos.

Anlisis y validacin del modelado sistemasmecnicos.

Anlisis y validacin del modelado desistemas electromecnicos.

Anlisis y validacin del modelado desistemas qumicos.

Identificacin de modelos a partir de larespuesta de sistemas de primer orden.

Identificacin de modelos a partir de larespuesta de sistemas de segundo orden.

Anlisis de la sensibilidad de los sistemas.

II

II

III

III

III y IV

III y IV

V

V

V

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

Todas lasprcticas se

realizarn en ellaboratorio de

Teora de Control


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PERIODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN

1

2

3

I y II

III

IV y V

Evaluacin con tres exmenes departamentales y laparticipacin del alumno en clase lo cual tendr un peso del50%.

Cada alumno elaborar y entregar un reporte tcnico porprctica de laboratorio efectuada, y el promedio de lascalificaciones obtenidas tendr un peso del 50%.

La calificacin definitiva ser la suma de la obtenida en lateora y en el laboratorio. Siempre y cuando, ambas seanaprobatorias.

CLAVE B C BIBLIOGRAFA

1

2

3

4

5

6

78

X

X

X

X

X

X

X

G. H. Hostetter, C. J. Savant y R. T. Stefani; Sistemas deControl; Nueva Editoril Latinoamericana.Howard L. Harrison y John G. Bollinger; Controles

Automticos; Ed. Trillas.Benjamin C. Kuo; Sistemas Automticos de Control; CompaaEditorial Continental, S. A. de C. V.Eronini Umez-Eronini; Dinmica de Sistemas y Control; Ed.Thomas Learning.

Katsuhiko Ogata; Ingenieria de Control Moderna; Ed. PrenticeHall.Katsuhiko Ogata; Dinmica de Sistemas; Ed. Prentice Hall.Katsuhiko Ogata; Problemas de Ingeniera. de ControlUtilizando Matlab Un Enfoque Prctico; Ed. Prentice Hall.Smith y Corripio; Control Automtico de Procesos Teoria yPrctica; Ed. Limusa.


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PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA

1. DATOS GENERALES

ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica

CARRERA: Ingeniera en Control y Automatizacin SEMESTRE 4

REA: BSICAS C. INGENIERA D. INGENIERA C. SOC. y HUM.

ACADEMIA: Control y Automatizacin ASIGNATURA: Modelado de Sistemas

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADMICOREQUERIDO: Ingeniero en control, preferentemente con Posgrado en rea

afn con la carrera.

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:

El alumno emplear los conceptos bsicos del modelado en la formulacin y simulacin de losmodelos matemticos para evaluar el comportamiento dinmico de los sistemas de control.

3. PERFIL DOCENTE:CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA

PROFESIONALHABILIDADES ACTITUDES

Modelacinmatemtica pormedio deecuacionesdiferenciales

Funcin detransferencia

lgebra de bloques Analoga entre

sistema. Estabilidad de

sistema Respuesta a la

frecuencia. Lugar de las races

En la seleccin,aplicacin, operacin ydiseo de sistemas decontrol aplicados a lasindustrias: petroqumica,alimenticia,manufacturera y

qumica.

Comunicacin Establecimiento

de climasfavorables alaprendizaje.

Transferencia delconocimiento

terico a lasolucin deproblemas.

Anlisis ysntesis.

Para motivar alauto estudio, elrazonamiento yla investigacin.

Manejo degrupos.

Realizaranalogas y

comparacionesen forma simple.

Critica fundamentada Respeto Tolerancia Compromiso con la

docencia. tica Responsabilidad Cientfica Colaboracin Superacin docente y

profesional. Cooperativa Liderazgo.

ELABOR REVIS AUTORIZ

M en C. Fco. J. Villanueva Magaa Ing. Guillermo Santilln Guevara Dr. Alberto Cornejo LizarraldePRESIDENTE DE ACADEMIA SUBDIRECTOR ACADMICO DIRECTOR DEL PLANTEL

FECHA: Marzo-2004

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