2010-2011

UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN A DISTANCIA

Carlos de Mora Buend aíGRADO EN INGENIERIA ELECTRONICA Y 

AUTOMATICA

GRADOGU A DE ESTUDIO DE LAÍ  ASIGNATURA AUTOMATIZACION INDUSTRIAL II2  PARTE ª | PLAN DE TRABAJO Y ORIENTACIONES PARA SU DESARROLLO

1.- PLAN DE TRABAJO

La asignatura de Automatización Industrial II requiere un estudio metódico y continuado a lo largo del cuatrimestre. Por otra parte los conocimientos que se basan en los adquiridos en la asignatura Automatización Industrial I, por lo que hay que tener éstos siempre presentes.

El objetivo de esta asignatura es que el estudiante adquiera los conocimientos y competencias reflejados en la guía general de la asignatura, lo que implica unas 150 horas de estudio y trabajo en total, a lo largo de las 13 semanas disponibles para el curso.

Los créditos asignados están en consonancia con los contenidos. A tendiendo a la ligazón conceptual entre los diferentes temas, encontramos que los temas 1, 2 y 3 constituyen la unidad didáctica 1, los temas 4, 5 y 6 constituyen la unidad didáctia 2 y finalmente los temas 7 y 8 completan la unidad didáctica 3.

La unidad didáctica 1 sienta las bases matemáticas por lo que sin comprenderla correctamente, no es posible seguir el resto de las explicacioes de la asignatura. Además es muy importante para poder asimilar otras disciplinas dentro del control por computador

La unidad didáctica 2, se refiere fundamentalmente al diseño de controladores discretos y constituye el núcleo duro de la asignatura. También comprende los conocimientos preliminares necesarios para el diseño en el espacio de estado. Esta unidad es la más importante y quizás difícil.

Finalmente la unidad didáctica 3, comprende temas avanzados. Aunque su comprensión es también ardua, es menos extensa que la unidad didáctica 2.

Todos los temas están recojidos en el libro de texto, pueden seguirse perfectamente en el mismo e identificarse con los diferentes capítulos.

Para el correcto estudio de esta materia, consideramos que el alumno debe dar dos repasos a todo el temario, una vez que ha realizado un primer estudio completo del libro de texto.

Nótese que los diferentes elementos de conocimiento, están muy interrelacionados y a veces puede ser necesario leer una parte posterior para terminar de comprender otra anterior, que a veces incluso pensábamos erróneamente que habíamos comprendido. Así pues creer que la adquisición de conocimientos es lineal, es bastante ingenuo. Insistimos en la necesidad de dar dos repasos al libro después de la primera lectura en profundidad.

El cuadro siguiente muestra el cronograma que marca unas pautas adecuadas para que el alumno medio, que comienza a estudiar al principio del segundo semestre, alcance los objetivos al final del curso.

Se indica la extensión en semanas estimada para la comprensión en una primera lectura, de cada tema. Lógicamente quedan semanas libres para los repasos.

Este cronograma incluye los contenidos de cada tema y las actividades a realizar, tanto de estudio teórico como práctico.Nótese que los diferentes capítulos del libro de texto se deben estudiar al completo. En el cronograma solo comentamos los aspectos sobre los que hay alguna consideración especial.

CONTENIDOS PLAN DE ACTIVIDADES

UNIDAD DIDÁCTICA I: 2 y 1/2 SEMANAS

TEMA 1: Introducción a los sistemas de control en tiempo discreto. 1/2 semana

Se trata de una descripción de los conceptos preliminares. Es

importante darse cuenta de la sencillez de los aspectos

constructivos de un sistema de control por ordenador.

Conceptos mportantes:

1. Cuantificación

2. Adquisición y conversión de datos.

1. Es un tema teórico que solo hay que leer y

comprender.

TEMA 2: La transformada Z. 1 semana

La transformada Z, es una herramienta fundamental para el

análisis y diseño de los sistemas discretos de control.

Es un tema de importancia capital, para comprender el resto

de la asignatura. Deben realizarse los problemas resueltos y

sin resolver del libro

TEMA 3: Análisis en el plano Z de sistemas de control en tiempo discreto. 1 semana

Se estudia la aplicación de la transformada Z a los sistemas

físicos. Conceptos muy importante son:

1. Bloqueo y muestreo de señales.

2. Reconstrucción de señales.

De nuevo es un tema básico y deben realizarse los

problemas resueltos y sin resolver del libro .

UNIDAD DIDÁCTICA II: 5 SEMANAS

TEMA 4: Diseño de sistemas de control en tiempo discreto mediante sistemas convencionales. 2 semanas

Este tema se apoya en los conocimientos que el alumno debe

poseer sobre sistemas contínuos..Hay que enfatizar:

1. Correspondencia entre panos s y z.

2. Régimen transitorio y permanente.

3. Lugar de las raices.

4. Análisis en frecuencia.

Fácilmente comprensible para aquellos con conocimientos

frescos de sistemas continuos. Probablemente requerirá un

repaso de estos sistemas. Es imprescindible fijar los

conocimientos mediante la realización de problemas..

TEMA 5: Análisis en el espacio de estado. 1 Semana

Introduce un conjunto importante de técnicas de análisis y

diseño de sistemas. Estas técnicas son alternativas a las

estudiadas en los temas precedentes.

Tema básicamente matemático que nos introduce en

nuevas herramientas. Muy importante realizar los problemas

resueltos y sin resolver del libro

TEMA 6: Ubicación de polos y ceros de observadores.Abstracción. 2 semanas

Se describe la aplicación del enfoque presentado en el tema

abterior, al control de sistemas. Se trata también de técnicas

clásicas que tienen, paralelo en el campo de los sistemas

continuos.

Es uno de los temas más complicados. Requiere una

atención especial y como siempre la confirmación de los

conocimientos mediante la realización de problemas.

UNIDAD DIDÁCTICA III: 4 SEMANAS

TEMA 7: Enfoque de ecuaciones polinomiales para el diseño de sistemas de control. 2 semanas

Presenta técnicas avanzadas de control, especialmente

aplicables en el caso del control por computador.

ES un tema complicado, pero al mismo tiempo

especialmente importante e interesante, por lo que de nuevo

requiere especial atención. Es imprescinidible la realización

de los problemas del libro.

TEMA 8: Sistemas de control óptimo cuadráticos. 2 semanas

Conjunto de técnicas avanzadas de control Requiere conocimientos de cai todos los capítulos

anteriores. Es imprescinidible la realización de los

problemas del libro.

2.- ORIENTACIONES PARA EL ESTUDIO DE LOS CONTENIDOS

El temario se estructura en dos Unidades Didácticas y ha sido planteado de tal forma que el alumno pueda introducirse en los contenidos de la asignatura de una manera gradual, adquiriendo los conocimientos necesarios para comprender e interactuar con un sistema informático, con un enfoque basado en la práctica de los mismos.

2.1 Unidad didáctica I: Introducción y control clásico

2.1.1. Introducción

Estamos en la era digital. El ordenador se ha introducido en multitud de facetas de nuestra vida. La ingeniería lejos de ser inmune a este hecho es por el creadora y promotora de nuevas tecnologías.

En el campo del control de procesos industriales, prácticamente todos los instrumentos han pasado de ser analógicos a digitales, es decir están basados en ordenadores.

En esta asignatura aprenderemos a diseñar tales sistemas de control.

La primera unidad didáctica, presenta los conceptos preliminares y los fundamentos matemáticos necesarios para abordar el estudio de los sistemas discretos.

2.1.2. Contextualización

Estos contenidos deberán ser los primeros que el alumno tendrá que estudiar, pues de la correcta comprensión de esta parte dependen los conocimientos posteriores.

Los objetivos generales de esta unidad didáctica son:1. En esta unidad didáctica se presentan, de forma genérica, los aspectos más relevantes del

“hardware” necesario para construir físicamente un sistema digital de control.2. Conectar los aspectos matemáticos con los prácticos de implementación real de este tipo de

sistemas de control.3. Adquirir la base matemática necesaria para poder diseñar todo tipo de algoritmos de control4. Comprender el problema de la pérdida de información y saber cuantificarlo.

2.1.3. Resultados de aprendizaje asociados a los contenidos

Tema 1: 1. Entender la motivación del estudio de la asignatura.2. Adquirir conocimientos matemáticos útiles para el control.

Tema 2:1. Modelar sistemas discretos obteniendo su función de transferencia.2. Analizar las características de los sistemas discretos.

Tema 3: 1. Comprender las diferencias existentes entre los resultados obtenidos mediante controladores

continuos y discretos.

2.1.4. Bibliografía básica

Los contenidos correspondientes a la Unidad Didáctica I se pueden encontrar en el libro:

Título : SISTEMAS DE CONTROL EN TIEMPO DISCRETO (2ª)Autor/es: Ogata, Katsuhiro ; Editorial: PRENTICE-HALL

2.1.5. Materiales complementarios.

Título: SISTEMAS CONTROLADOS POR COMPUTADORAutor/es: Wittenmark, Bèorn ; Editorial: Paraninfo

Título: SISTEMAS DISCRETOS DE CONTROL. REPRESENTACIÓN EXTERNA (3ª)Autor/es: Aracil Santonja, Rafael ; Editorial: UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID. ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES

2.2 Unidad didáctica II

2.2.1. Introducción

La segunda unidad didáctica nos dota del equipaje matemático necesario para poder estudiar los sistemas discretos.

2.2.2 Descripción detallada de los contenidos

A continuación hacemos una breve introducción a cada uno de los temas:

Tema 4:Recorre el análisis y síntesis de sistemas utilizando el enfoque de la función de transferencia. Este tema concentra conocimientos muy importantes de forma paralela a los que existen en sistemas continuos y que el estudiante debe recordar.

La propiedad más importante a analizar en un sistema es su estabilidad. A continuación su respuesta transitoria, para seguir con la respuesta en régimen permanente.

Una vez realizado este análisis se pasa a diseñar un controlador que cambie estas propiedades de acuerdo con nuestras necesidades..

Tema 5:Este tema presenta otro conjunto de técnicas para el análisis y síntesis de sistemas , el cual se basa en la representación de los mismos en el espacio de estado. Según el tipo de sistema de que se trate puede presentar ventajas el enfoque de la función de transferencia o el del espacio de estado.

Los métodos del espcio de estado son más útiles en el caso de sistemas con varias entradas y/o salidas (multivariables) o sistemas no lienales, los cuales son los más numerosos en la Naturaleza.

El tema presenta las herramientas matemáticas necesarias para trabajar con este enfoque.

Finalmente se presenta el criterio de Liapunov para el análisis de la estabilidad de sistemas. El criterio de Liapunov es útil para ser aplicado a sistemas no lineales, ya que para los sistemas lineales existen métodos más fáciles de aplicar.

Tema 6:Este tema está dedicado integramente al diseño de controladores mediante las técnicas del espacio de estados.

Se presenta el problema de la controlabilidad, así como también el de la observabilidad.

2.2.3. Contextualización

La unidad didáctica II, recorre los conocimientos necesarios para analizar y diseñar sistemas dinámicos. Aspectos contextuales que es necesario captar son:

1. Por análisis de un sistema dinámico, se entiende el estudio de su estabilidad., y sus regímenes transitorio y permanente.

2. Se presentan técnicas basadas en la función de transferencia y otras basadas en el espacio de estado, cuyos objetivos son los mismos. Sin embargo cuando se trabaja con sistemas no lineales o multivariables son las últimas las apropiadas.

3. Todos los conceptos presentados en esta unidad, son análogos a los existentes para sistemas continuos.

4. La parte más avanzada es la de variables de estado, pues presenta conexiones con temas que en la actualidad están muy en boga, tanto en ciencia como en ingeniería.

2.2.4. Resultados de aprendizaje asociados a los contenidos

Los resultados de aprendizaje para cada uno de los temas de esta unidad didáctica son los siguientes:

Tema4: 1. Analizar y diseñar sistemas dinámicos utilizando las técnicas basadas en la función de transferencia.

Tema 5:1. Analizar sistemas dinámicos utilizando las técnicas basadas en el espacio de estados.

Tema 6:

1. Diseñar controladores mediante las técnicas del espacio de estado.2. Comprender propiedades importantes referentes a la naturaleza de los sistemas dinámicos.

2.2.5. Bibliografía básica

Los contenidos correspondientes a la Unidad Didáctica II se pueden encontrar en el mismo libro de texto que el de la unidad didáctica I:

2.2.6. Material complementario

El material complementario es el mismo que el de la unidad didáctica I.

2.2.7. Orientaciones concretas para el estudio de los contenidos

El libro de texto es autosuficiente por lo que basta estudiar la teoría y realizar los problemas del mismo. Esta es la única y sencilla estrategia de estudio recomendada.

Adicionalmente el estudiante puede acudir al guión de prácticas que se expondrá en los cursos virtuales, para utilizar el programa de simulación que en dichas prácticas se utiliza. Esto es recomendable solamente cuando se haya obtenido una comprensión suficiente de la información del libro de texto. Utilizar el programa de simulación sin haber estudiado el libro de texto en profundidad, es contraproducente.

2.3 Unidad didáctica III

2.3.1. Introducción

Afronta dos temas bastante diferentes, ambos referidos a técnicas avanzadas de control. Ambos temas muestran metodologías de diseño de controladores, que son aplicables en la práctica gracias a la utilización de computadores como sistemas de control.

Esto es así por que la complejidad que requieren los controladores que se obtienen, se traducen finalmente en programas de ordenador y no en complicados dispositivos electrónicos, neumáticos, mecánicos, etc.

2.3.2 Descripción detallada de los contenidos

A continuación hacemos una breve introducción a cada uno de los temas:

Tema 7: Expone el método de la ecuación diofantina, para diseño de controladores, el cual si bien conceptualmente es sencillo, produce sistemas de control solo aplicables en la práctica mediante computadores.

Además se describe el diseño de sistemas de control que siguen a un modelo. Este es también un tema avanzado que da lugar a sistemas de control que se adaptan a los cambios que sufren los sistemas dinámicos a lo largo del tiempo. También es aplicable a sistemas no lineales.

Tema 8: Nos lleva a otra rama del control de sistemas dinámicos, cual es el control óptimo. Este tipo de sistemas tienen como meta minimizar un determinado criterio. Una aplicación muy actual es buscar sistemas que ahorren energía.

2.3.3. Contextualización

La unidad didáctica III ofrece una visión de varias técnicas avanzadas de control. Es importante reseñar que existe una gran variedad de métodos y enfoques, de los cuales los que se exponen en estos temas son solamente una muestra.

2.3.4. Resultados de aprendizaje asociados a los contenidos

Los resultados de aprendizaje para cada uno de los temas de esta unidad didáctica son los siguientes:

Tema 7: Diseñar sistemas dinámicos utilizando algunas técnicas avanzadas de control

Tema 5:Diseñar sistemas óptimos de control.

2.3.5. Bibliografía básica

Los contenidos correspondientes a la Unidad Didáctica III se pueden encontrar en el mismo libro de texto que el de la unidad didáctica I:

2.3.6. Material complementario

El material complementario es el mismo que el de la unidad didáctica I.

2.3.7. Orientaciones concretas para el estudio de los contenidos

El libro de texto es autosuficiente por lo que basta estudiar la teoría y realizar los problemas del mismo. Esta es la única y sencilla estrategia de estudio recomendada.

Adicionalmente el estudiante puede acudir al guión de prácticas que se expondrá en los cursos virtuales, para utilizar el programa de simulación que en dichas prácticas se utiliza. Esto es recomendable solamente cuando se haya obtenido una comprensión suficiente de la información del libro de texto. Utilizar el programa de simulación sin haber estudiado el libro de texto en profundidad, es contraproducente.

3.- ORIENTACIONES PARA LA REALIZACIÓN DEL PLAN DE ACTIVIDADES

El plan de actividades de esta asignatura es sencillo. Consiste en estudiar el libro de texto y realizar los problemas que en él se encuentran.

Es imortantísimo repasar dos veces el libro, tras la primera lectura en profundidad, pues una de las dificultades de esta asignatura es la fuerte interrelación entre gran parte de los conceptos que aparecen distribuídos a lo largo del programa. Solo repasando conseguiremos retener una panorámica de esta materia.

Otra dificultad es que hay conceptos sutiles difíciles de comprender en la primera lectura.Adicionalmente, una vez que se han adquirido conocimientos suficientes, será provechoso utilizar la información referida en el guión de las prácticas, para consolidar y comprobar los conocimientos. No obstante la autilización del software recomendado es contraproducente si se lleva a cabo sin haber madurado los conceptos.

3.1. Medios y recursos

Los medios y recursos de los que dispone el alumno están descritos en la primera parte de la guía del curso.

3.2. Evaluación

La evaluación de la asignatura se llevará a cabo a partir de las siguientes pruebas:

❧Realización de una práctica obligatoria a lo largo del cuatrimestre. ❧Realización de un examen práctico.

3.2.1. Prácticas de la Asignatura

El trabajo del curso incluye la realización de una práctica obligatoria de programación. El enunciado de la misma estará disponible en el curso virtual de la asignatura.

Las prácticas repercuten en la calificación de aquellos que hayan aprobado las pruebas presenciales, subiendo la calificación obtenida en un máximo de 1 punto.

3.2.2 Examen

El examen será de tipo práctico, constando de varios problemas y cuestiones a resolver.

4.- GLOSARIO

Puede encontrarse un glosario de términos relevantes para el estudio de la asignatura en el índice analítico del libro de referencia

Título : SISTEMAS DE CONTROL EN TIEMPO DISCRETO (2ª)Autor/es: Ogata, Katsuhiro ; Editorial: PRENTICE-HALL