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Nombre del formato: Formato para la Instrumentación Didáctica del Periodo

Código: ITMER-AC-PO-003-06

Revisión: 1

Referencia a la Norma ISO 9001:2008 7.1, 7.2.1, 7.5.1, 7.6 Página 1 de 14

ITMER-AC-PO-003-06 Rev 01

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA INSTRUMENTACIÓN DIDÁCTICA DEL PERIODO FEBRERO-JUNIO 2014

Nombre de la asignatura: CONTROL I

Carrera: ELECTRONICA

Clave de la asignatura: AEF-1009

Horas teoría-Horas práctica-Créditos: 3-2-8

1. Caracterización de la asignatura

Esta asignatura aporta al perfil del egresado de ingeniería eléctrica y electrónica las competencias que le permiten comprender y aplicar la teoría del control clásico en la modelación, análisis y síntesis de sistemas automáticos de control de uso industrial, comercial y de servicios, asociado con sistemas que involucran señales físicas de variables analógicas. La asignatura es soporte de materias de aplicación como lo son instrumentación industrial, controladores lógicos programables, control de máquinas y análisis de sistemas de potencia (desde el punto de vista del control de los sistemas eléctricos de potencia), se presenta a la mitad de la carrera y después de haber cursado las asignaturas de matemáticas. El temario que la compone surge como resultado de las necesidades, que en materia de control, son necesarias para su implementación en las tecnologías que se utilizan en el campo profesional, y con base en la experiencia de los profesores de estas áreas.

2. Objetivo(s) general(es) del curso. Competencias específicas a desarrollar

Interpretar y aplicar los conceptos básicos de control clásico para el análisis y modelado de sistemas físicos.



Revisión: 1



3. Instrumentación didáctica por unidad

Unidad: I Tema: Conceptos básicos de control.

Competencia específica de la unidad Criterios de evaluación de la Unidad

Reconocer las aplicaciones del control automático y los diferentes conceptos utilizados en los mismos. Aplicar metodologías de simplificación de lazos de control complejo.

1. Tarea de 10 problemas a resolver (5 diagramas a bloques y 5 gráficos de señal de flujo). (La ponderación para este es de 10 % de la calificación de la unidad). 2. Investigación del tema (2 o más artículos sobre el tema), realizar un resumen de cada artículo. (La ponderación para este es de 10 % de la calificación de la unidad). 3. Entrega del mapa conceptual y resumen de la unidad. (La calificación para esta actividad es de 5 % de la calificación de la unidad). 4. Participación en clases en forma individual y por grupos. (La ponderación para esta actividad es de 5 % de la calificación de la unidad). Se hará examen de la unidad. (La ponderación 70 % de la calificación de la unidad).



Revisión: 1



Actividades de aprendizaje Actividades de enseñanza Desarrollo de competencias

genéricas

No. Sesiones

Investigar acerca de los elementos que integran un sistema de control y describir los conceptos asociados con los mismos. • Realizar visitas a industrias para reconocer las diferentes aplicaciones de los sistemas de control automático. • Describir la representación de sistemas de control mediante diagramas de bloques. • Relacionar la representación de sistemas de control mediante bloques con la representación mediante diagrama de flujo de señales. • Discutir a cerca de aplicaciones de sistemas controlados automáticamente de uso cotidiano, identificando cada uno de los conceptos que e describen en la unidad • Aplicar al álgebra de bloques en la reducción de sistemas de control complejos a una forma simple. • Aplicar la metodología de Mason a la reducción de sistemas de control representado por un diagrama de flujo de señales. • Reflexionar y discutir las ventajas y desventajas de los métodos presentados.

Se dará a conocer la aportación de la asignatura al perfil del egresado, se establecerán las estrategias de enseñanza y los mecanismos de evaluación para la materia.

Se solicitará una Investigación sobre conceptos básicos y definiciones de control.

Se explicará cada uno de los conceptos relacionándolos con los equipos de laboratorio de instrumentación y control.

Se harán varios ejemplos, para obtener la función de transferencia de un sistema dado, para reafirmar la parte conceptual.

Se describirá la metodología, para reducir por medio de: Diagramas de bloques y gráficos de flujos de un multiproceso dado.

• Capacidad de análisis y síntesis • Capacidad de organizar y planificar • Conocimientos básicos de la carrera • Comunicación oral y escrita • Habilidades básicas de manejo de la computadora • Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas • Solución de problemas • Toma de decisiones. Competencias interpersonales • Capacidad crítica y autocrítica • Trabajo en equipo • Habilidades interpersonales Competencias sistémicas • Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica • Habilidades de investigación • Capacidad de aprender • Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad) • Habilidad para trabajar en forma autónoma

• Búsqueda del logro

7 con examen

Fuentes de información Apoyos didácticos:

Quirino Jiménez Domínguez, Antología de la materia de Control I. http://www.instrumentacionycontrol.wordpress.com

K. Ogata, Sistema de Control Moderno, Ed. Prentice Hall.

Kuo, Sistema de Control Automático, Ed. Prentice Hall.

Pizarrón

Proyector Multimedia

Material didáctico de la unidad 1(Antología del blog).



Revisión: 1



7

Calendarización de evaluación (semanas): (11)

Sem 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

T.P. Δ

T.R.

Δ = Evaluación diagnóstica. � = Evaluación formativa. Ο = Evaluación sumativa. TP= Tiempo planeado TR=Tiempo real

Fecha de elaboración: 14 DE ENERO DE 2014

Unidad: II Tema: Modelado matemático de sistemas físicos.


Conocer y utilizar las leyes físicas que describen la dinámica de los sistemas eléctricos, electrónicos, mecánicos, hidráulicos y neumáticos. Aplicar estas leyes para representar sistemas físicos mediante una función de transferencia. Establecer las analogías entre los diferentes sistemas analizados.

Tarea de 5 problemas a resolver que se pida sobre la unidad. (La ponderación para este es de 5 % de la calificación de la unidad). Investigación del tema (2 o más artículos sobre el tema). (La ponderación para este es de 5 % de la calificación de la unidad). Entrega del mapa conceptual y resumen de la unidad. (La calificación para esta actividad es de 5 % de la calificación de la unidad). Participación en clases en forma individual y por grupos. (La ponderación para esta actividad es de 5 % de la calificación de la unidad). Desarrollo de práctica. (La ponderación para esta actividad es de 40 % de la calificación de la unidad). Se hará examen de la unidad. (La ponderación 40 % de la calificación de la unidad).



Revisión: 1




genéricas

No. Sesiones

•Investigar bajo que leyes se hace la modelación matemática de los sistemas que se proponen en la unidad. • Proponer una lista de aplicaciones observadas por los estudiantes para identificar a qué tipo de aplicación pertenece. • Aplicar estas leyes para representar sistemas sencillos mediante sus funciones de transferencia. • Identificar los conceptos estudiados en la unidad anterior en los sistemas que se representan • Definir matemáticamente el tipo de sistema a modelar, con base en las aplicaciones observadas en la unidad anterior. • Realizar las analogías existentes entre los diferentes tipos de sistemas estudiados en la unidad. • Reflexionar acerca de los aspectos físicos que permiten establecer esta analogía.

Se dará a conocer las leyes del comportamiento físico de sistemas.

Se dará la metodología para obtener la función de transferencia de los modelos de sistemas eléctricos

Se dará la metodología para obtener la función de transferencia de los modelos de sistemas mecánicos

Se dará la metodología para obtener la función de transferencia de los modelos de sistemas hidráulicos.

Se dará la metodología para obtener la función de transferencia de los modelos de sistemas neumáticos

Se realizarán analogías de mecánicos a eléctricos.



9 con Examen



Revisión: 1







Pizarrón




Sem 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

T.P.

T.R.

Δ = Evaluación diagnóstica. � = Evaluación formativa. Ο = Evaluación sumativa. TP= Tiempo planeado TR=Tiempo real Fecha de elaboración: 14 DE ENERO DE 2014



Revisión: 1



7

Unidad: III Tema: Análisis de la respuesta en el tiempo y del error.


Interpretar el significado de las señales de prueba estándar utilizadas en el control automático para determinar los tipos de respuesta de los sistemas de control. Identificar las formas de respuesta transitoria que se espera obtener al aplicar señales de entrada estándar en función del orden del sistema. Diferenciar entre errores dinámicos y errores estáticos. Interpretar la sensibilidad de un sistema. Interpretar los conceptos de coeficiente de error ya sea estático o dinámico. Aplicar estos conceptos a una función de transferencia.




Revisión: 1




genéricas

No. Sesiones

•Investigar los tipos de señales de entrada estándar que se emplean para la prueba de respuesta transitoria de sistemas de control. • Relacionar las señales de entrada utilizadas en aplicaciones industriales con las señales de excitación estándar. • Clasificar los sistemas de control a partir de su representación mediante la función de transferencia. • Utilizar los conceptos asociados con la respuesta de un sistema de primer orden ante una excitación estándar. • Identificar los elementos que describe la característica de desempeño de los sistemas de segundo orden ante una excitación estándar. • Analizar el comportamiento de sistemas de control de orden superior. • Identificar porqué son importantes los polos dominantes de lazo cerrado. • Reflexionar acerca de cómo es posible que sistemas de orden superior sean representados por equivalentes de primero o de segundo orden. • Investigar el concepto de error. • Distinguir entre un error estático y un error dinámico. • Interpretar el concepto de los coeficientes de error. • Simular la respuesta de la función de transferencia, ante una excitación estándar, los errores que se presentan e identificarlos en su gráfica. • Investigar el concepto de sensibilidad. • Verificar la variación relativa de funciones de

Se dará a conocer los tipos de respuestas que tienen los sistemas físicos.

Se dará a conocer los tipos de perturbación en los sistemas físicos.

Se dará la metodología para obtener la respuesta de salida de primer orden con entradas de escalón, impulso y rampa unitaria.

Se dará la metodología para obtener la respuesta de salida de segundo orden con entrada de escalón.

Se dará la metodología para obtener la respuesta de salida de orden superior con entrada de escalón.

Se harán ejemplos para error estático y dinámico.

Se hará ejemplos para sensibilidad en el dominio del tiempo.



8 con Examen



Revisión: 1



transferencia frente a variaciones relativas de uno o más parámetros. • Aplicar funciones de sensibilidad en el dominio del tiempo.





Pizarrón




Sem 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

T.P.

T.R.




Revisión: 1



7

Unidad: IV Tema: Estabilidad y LGR.


Interpretar el concepto de estabilidad de un sistema automático y definir las causas que lo pueden sacar de estabilidad. Relacionar los conceptos de estabilidad absoluta y estabilidad relativa. Aplicar la ubicación de polos y de ceros en un plano complejo. Utilizar el criterio de estabilidad de Routh-Hurwitz y del lugar de las raíces para determinar la estabilidad de un sistema. Elaborar la gráfica del LGR en forma analítica y con software de simulación. Interpretar sistemas a partir de su gráfica del LGR.




Revisión: 1




genéricas

No. Sesiones

• Investigar los métodos que serán tratados en esta unidad. • Buscar ejemplos de aplicación de estos métodos. • Ubicar polos y ceros de una función de transferencia en el plano complejo. • Verificar como el cambio de la ganancia de la función de transferencia modifica la ubicación de polos y ceros en el LGR. • Aplicar el método de Routh-Hurwitz a la ecuación característica de un sistema de control. • Aplicar el método del lugar geométrico de las raíces, así como el criterio para determinar la estabilidad de un sistema. • Usar software de simulación para verificar los resultados obtenidos al aplicar los métodos descritos en esta unidad. • Usar software de simulación para graficar el LGR de funciones de transferencia de diversas formas y órdenes. • Interpretar el LGR para diversas formas y órdenes de funciones de transferencia de planta.

Se dará a conocer la técnica de estabilidad de Routh-Hurwitz

Se explicará las tres reglas fundamentales que hay en la técnica de Routh-Hurwitz

Se dará a conocer la técnica del lugar de las raíces

Se explicará las doce reglas para la técnica del lugar de las raíces



6 con Examen





Pizarrón





Revisión: 1



7


Sem 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

T.P.

T.R.


Unidad: V Tema: Diseño de compensadores.


Establecer la diferencia entre los controladores analógicos y los controladores discretos. Comprender la dinámica de los controladores universales en sus diferentes configuraciones. Aplicar métodos de sintonización de controladores. Evaluar la optimización de controladores.




Revisión: 1




genéricas

No. Sesiones

• Investigar aplicaciones de controladores discretos y controladores analógicos. • Interpretar la forma de respuesta de los controladores de on-off y definir sus ventajas y desventajas. • Reflexionar en la manera de operación de los diferentes esquemas que se pueden configurar en un controlador industrial analógico. • Utilizar los conocimientos adquiridos en una aplicación utilizando alguna estación de control de procesos. • Experimentar la auto-sintonización en un controlador industrial. • Aplicar técnicas de sintonización de controladores analógicos en una estación de control. • Evaluar la técnica utilizada por los controladores industriales en la optimización de su desenvolvimiento para sintonizarse. • Realizar el ajuste de compensadores de adelanto, atraso y adelanto-atraso, para lograr especificaciones de tiempo, usando software de simulación. • Realizar el ajuste del controlador PID y sus variantes (P, PI, PD), para lograr especificaciones de tiempo, usando software de simulación. • Utilizar el criterio de Ziegler-Nichols para sintonizar un controlador PID. • Realizar un análisis comparativo entre la técnica de Ziegler-Nichols y LGR para sintonizar un controlador PID.

Se dará a conocer los diferentes modos de control.

Se explicará cada uno de los modos de control como son: Proporcional, Integral y Derivativo.

Se explicará cómo funciona los tipos de modo como son: Proporcional, el Proporcional-Integral y Proporcional-Integral-Derivativo para un sistema dado.

Se dará a conocer para qué sirve un compensador en un sistema físico.

Se dará la metodología para diseñar un compensador para cualquier sistema físico

Se dará el análisis del compensador adelanto, atraso y adelanto-atraso del tipo electrónico.

Se dará la metodología para diseñar un compensador en adelanto, atraso y adelanto-atraso.

Se aplicará y analizará con el simulador CC para Windows o Matlab, las respuestas: en lazo abierto, lazo cerrado y con compensación de un sistema físico

Se dará la metodología de sintonización de Zingler-Nichols.

Se dará la metodología para sintonizar un sistema dado y optimizar el controlador.

Se hará comparación entre la técnica Zingler-Nichols y LGR en sintonización de

controladores.



8 con Examen



Revisión: 1







Pizarrón




Sem 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

T.P.

T.R.


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Nombre del Docente Vo. Bo. Jefe del Departamento

nombre del formato: formato para la ... - control i · aplicar metodologías de simplificación de...

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