Universidad Politécnica de Madrid...Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2014...

Departamento de Ingeniería Telemática y Electrónica

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

y Sistemas de Telecomunicación

Universidad Politécnica de Madrid

Sistemas de Control

Guía de aprendizaje

Otoño 2014

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2014 Página 3

Contenido

Datos básicos de la asignatura ...................................................................................................... 5

Profesorado ................................................................................................................................... 5

Descripción general ....................................................................................................................... 5

Requisitos .................................................................................................................................. 6

Competencias ............................................................................................................................ 7

Resultados de aprendizaje e indicadores ...................................................................................... 7

Contenidos .................................................................................................................................. 13

Unidades didácticas ................................................................................................................ 13

Distribución temporal ............................................................................................................. 14

Líneas metodológicas .................................................................................................................. 21

Recursos de enseñanza-aprendizaje ........................................................................................... 22

Evaluación ................................................................................................................................... 22


Datos básicos de la asignatura

Nombre de la asignatura: Sistemas de Control

Titulación: 59EC - Grado en Ingeniería Electrónica de Comunicaciones

Departamento: Ingeniería Telemática y Electrónica

Materia: Ingeniería de Sistemas y Productos Electrónicos

Plan de estudios: 2009

Tipo de asignatura: Específica de titulación

Semestre: 5º

Código: 59EC - 595000029

Créditos ECTS: 6

Profesorado

Profesor Despacho Correo electrónico

Agustín Rodríguez Herrero © A4215/4115 [email protected]

Ángel M. Groba González A4215/4115 [email protected]

Guillermo de Arcas Castro A4207/4107 [email protected]

Descripción general

Sistemas de Control es una asignatura de tercer curso situada en el quinto semestre,

específica para la titulación de Grado en Ingeniería Electrónica de Comunicaciones impartida

en esta Escuela. En ella el estudiante toma contacto con los sistemas electrónicos de control,

como aplicación práctica de la teoría de sistemas, ejemplificando en sistemas de control o

circuitos electrónicos realimentados existentes en las telecomunicaciones.


Requisitos

Para cursar con aprovechamiento la asignatura es necesario que el estudiante haya adquirido

previamente los resultados de aprendizaje ligados a las asignaturas de los cursos primero y

segundo tal y como se muestra en la tabla:

Curso Semest. Asignatura Resultados de Aprendizaje

1 2 Electrónica I

Enumerar y definir las características principales de los bloques funcionales que componen un sistema electrónico básico (amplificador, comparador, atenuador, fuente de alimentación, ADC, DAC y conversores Tensión/Frecuencia).

Identificar el diagrama de bloques de sistemas electrónicos sencillos aplicados en las telecomunicaciones.

Identificar y distinguir el modelo y las propiedades básicas de los amplificadores y utilizar amplificadores operacionales ideales para su implementación.

2 3 Señales y

Sistemas

Aplicar el teorema de muestreo

Obtener la transformada de Laplace mediante la utilización de pares transformados básicos y tabla de propiedades

Obtener la transformada Z mediante la utilización de pares transformados básicos y tabla de propiedades

Caracterizar filtros FIR e IIR en el dominio del tiempo mediante la respuesta al impulso y la EDLCC

Conocer las características particulares de las funciones impulso y escalón, y la relación que existe entre ambas

2 4

Procesado

Digital de la

Señal

Describir el diagrama de bloques de un sistema de procesado digital de señal en tiempo real enumerando los parámetros significativos de cada bloque.

Relacionar señales y sistemas de tiempo continuo con señales y sistemas de tiempo discreto en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia.

Definir correctamente un filtro digital, sus aplicaciones fundamentales y diferenciar los tipos de filtro digitales en función de las características de su respuesta al impulso: filtros FIR y filtros IIR.

Manejar herramientas matemáticas de análisis y diseño de sistemas de tiempo discreto.

2 4 Electrónica

Analógica I

Utilizar las técnicas básicas de análisis de circuitos para analizar el funcionamiento de circuitos lineales y no lineales basados en amplificadores operacionales

Utilizar programas de simulación de circuitos analógicos como ayuda para analizar y diseñar circuitos basados en diodos, transistores (bipolares y unipolares) y amplificadores operacionales

Implementar circuitos de baja complejidad basados en diodos, transistores (bipolares y unipolares) y amplificadores operacionales.


Competencias En esta asignatura el estudiante desarrolla las siguientes competencias:

[CE_EC_3] Capacidad de realizar la especificación, implementación, documentación y

puesta a punto de equipos y sistemas, electrónicos, de instrumentación y de control,

considerando tanto los aspectos técnicos como las normativas reguladoras

correspondientes.

[CE_EC_4] Capacidad para aplicar la electrónica como tecnología de soporte en otros

campos y actividades, y no sólo en el ámbito de las Tecnologías de la Información y las

Comunicaciones.

[CE_EC_6] Capacidad para comprender y utilizar la teoría de la realimentación y los

sistemas electrónicos de control.

[C_GEN_4] Capacidad de abstracción, de análisis y de síntesis y de resolución de

problemas.

Resultados de aprendizaje e indicadores Tras superar la asignatura, el estudiante debe ser capaz de:

[RA01] Manejar los diagramas de bloques/funciones de transferencia como medio de

representación gráfica/analítica de sistemas de control continuos y discretos.

[RA02] Obtener, mediante métodos analíticos y experimentales, modelos matemáticos

de los procesos físicos a controlar.

[RA03] Manejar la función de transferencia en el dominio de Laplace y en el dominio Z

como medio para modelar sistemas de control continuos y discretos, respectivamente.

[RA04] Calcular la precisión de un sistema de control realimentado a partir del

concepto de error en régimen permanente.

[RA05] Caracterizar cualitativa y cuantitativamente el comportamiento temporal de un

sistema de control a partir de su función de transferencia.

[RA06] Utilizar (trazar e interpretar) el lugar de raíces de un sistema de control

realimentado como medio de relacionar la ganancia de realimentación con su

comportamiento temporal.

[RA07] Calcular la función de transferencia del controlador que sería necesario aplicar

en un sistema de control para alcanzar unas determinadas especificaciones de

comportamiento temporal.

[RA08] Entender las propiedades fundamentales de las acciones de control PID,

incluyendo sus limitaciones prácticas.

[RA09] Ajustar los parámetros de un controlador PID para alcanzar unas determinadas

especificaciones de comportamiento temporal en un sistema de control.

[RA10] Utilizar sistemas electrónicos para la realización de sistemas de control.

[RA11] Utilizar herramientas informáticas como apoyo al análisis y diseño de sistemas

de control.


Interrelación entre resultados de aprendizaje y competencias:

[CE_EC_3] [CE_EC_4] [CE_EC_6] [C_GEN_4]

RA01

RA02

RA03

RA04

RA05

RA06

RA07

RA08

RA09

RA10

RA11

A continuación se presentan los indicadores o criterios de evaluación por temas, asociados a

resultados de aprendizaje. En la columna de la derecha se marcan los indicadores mínimos,

considerados de obligada adquisición.


Resultados de

aprendizaje

RA- Tem

a

Ord

en

Sistemas de Control: Indicadores del Tema 1

Mín

imo

01 T1 1 Distinguir un sistema de control en lazo abierto de un sistema de control en lazo cerrado

X

01 T1 2 Enumerar las principales ventajas e inconvenientes relativos que caracterizan los sistemas de control en lazo abierto y en lazo cerrado

X

01 T1 3 Manejar la nomenclatura adecuada en la descripción de la estructura de los sistemas de control

X

01 T1 4 Representar e interpretar el diagrama de bloques de un sistema de control X

01, 03 T1 5 Influencia de las perturbaciones sobre un sistemas de control

01, 02 T1 6 Describir el efecto de las alinealidades más habituales en sistemas de control

01, 11 T1 7 Capturar el diagrama de bloques de sistemas de control mediante Simulink X

01, 03, 11 T1 8 Definir las funciones de transferencia de los bloques del diagrama de un sistema de control en Simulink

X

01, 03, 11 T1 9 Simular la respuesta en el tiempo de sistemas de control mediante Simulink X

01, 03, 11 T1 10 Definir funciones de transferencia de sistemas en Matlab-CST X

01, 03, 11 T1 11 Obtener y representar gráficamente con Matlab-CST la respuesta de un sistema ante escalón o impulso

X

01, 03, 11 T1 12 Obtener y representar gráficamente los polos y ceros de una función de transferencia mediante Matlab-CST

01, 03 T1 13 Obtener el orden de un sistema de control X

01, 02, 03 T1 14 Aplicar métodos sencillos de identificación de sistemas para la obtención de sus funciones de transferencia, con sus correspondientes unidades físicas

11 T1 15 Importar ficheros de datos en Matlab

11 T1 16 Obtener valores en puntos de interés de una representación gráfica en Matlab X

01, 03, 11 T1 17 Obtener el equivalente discreto de un sistema continuo con ZOH previo y muestreo posterior, mediante Matlab-CST

X

01, 03 T1 18 Comprobar las relaciones matemáticas existentes entre un sistema continuo y su equivalente discreto

02, 03 T1 19 Conocer criterios de elección de un periodo de muestreo adecuado en un sistema de control muestreado en función de la dinámica de la planta

01, 03 T1 20 Calcular la función de transferencia de un sistema de control en lazo cerrado a partir de las funciones de transferencia de sus bloques constitutivos

X

01, 03, 11 T1 21 Calcular mediante Matlab-CST la función de transferencia de la serie, el paralelo o la realimentación de dos sistemas

03, 10 T1 22 Obtener el circuito electrónico, basado en amplificadores operacionales, que permite implementar una determinada ecuación diferencial o función de transferencia

X

02 T1 23 Obtener el pseudo-código que permite implementar una determinada ecuación en diferencias

X

02 T1 24 Obtener una ecuación en diferencias a partir del pseudo-código que la implementa

X

01, 03 T1 25 Identificar la ecuación característica de un sistema de control X

03, 05 T1 26 Distinguir los conceptos de estabilidad absoluta y relativa de los sistemas de control

X

07 T1 27 Enumerar las fases principales implicadas en el proyecto de un sistema de control

01, 03, 07, 10 T1 28 Distinguir las principales implicaciones de la realización analógica o digital del controlador de un sistema de control

X


Resultados de

aprendizaje

RA- Tem

a

Ord

en


Mín

imo

03, 04 T2 1 Obtener la ganancia de orden i de un sistema de control, en lazo abierto o en

lazo cerrado a partir de su función de transferencia X

03, 04 T2 2 Identificar el orden de la ganancia significativa de un sistema de control

04 T2 3 Comprender la relación entre las ganancias, las constantes de error, error en

régimen permanente y entradas X

04, 11 T2 4 Obtener ganancias y constantes de error con Matlab-CST

04 T2 5 Relacionar el Tipo de un sistema de control realimentado con los errores en

régimen permanente X

01, 03, 04, 05 T2 6

Determinar el valor en régimen permanente de las variables implicadas en un

sistema de control en lazo cerrado para entradas escalón y rampa mediante la

función de transferencia de la cadena abierta

X

01, 03, 04, 05 T2 7


sistema de control en lazo cerrado para entradas escalón y rampa mediante la

función de transferencia de la cadena cerrada

04, 05, 11 T2 8


sistema de control en lazo cerrado para entradas escalón y rampa mediante

Matlab-CST y Simulink

X

04, 05 T2 9 Relacionar el Tipo de un sistema con el valor en régimen permanente de las

variables del lazo de control

03, 04 T2 10 Calcular el Tipo de un sistema de control con información relativa a la cadena

abierta X

01, 05 T2 11 Obtener la influencia que produce una perturbación sobre la precisión de un

sistema de control

05, 11 T2 12 Obtener la respuesta temporal de un sistema de control ante las entradas de

prueba impulso y escalón con los toolboxes de Matlab CST y SYMB X

05 T2 13 Distinguir el comportamiento temporal de un sistema de control

sobreamortiguado, críticamente amortiguado y subamortiguado X

05 T2 14 Comprender la dominancia de polos en sistemas de control sobreamortiguados X

05 T2 15 Obtener el tiempo de establecimiento en sistemas canónicos

sobreamortiguados a partir de los polos de su función de transferencia X

05 T2 16 Comprender la dominancia de polos en sistemas de control subamortiguados X

05 T2 17 Obtener el tiempo de establecimiento, de pico, periodo de oscilación y máximo sobreimpulso en sistemas canónicos subamortiguados a partir de los polos de su función de transferencia

X

05, 11 T2 18 Medir las características temporales de la respuesta de un sistema de control X

04, 05, 11 T2 19 Utilizar las líneas de guía y cuadrículas en Matlab para la medida de las características temporales de la respuesta un sistema

05 T2 20 Relacionar la parte real e imaginaria de las raíces de la ecuación característica con la respuesta temporal de los sistemas continuos

X

05 T2 21 Relacionar el módulo y fase de las raíces de la ecuación característica con la respuesta temporal de los sistemas discretos

X

01, 05 T2 22 Obtener la influencia que produce una perturbación en un sistema de control sobre la variable controlada


Resultados de

aprendizaje

RA-

Tem

a

Ord

en


Mín

imo

05, 11 T3 1 Determinar la estabilidad absoluta de un sistema de control utilizando Matlab-CST

X

05 T3 2 Distinguir mediante la estabilidad relativa el mejor comportamiento temporal de dos sistemas o de uno con ganancias diferentes

X

05, 06 T3 3 Distinguir las regiones de estabilidad de los dominios transformados

06 T3 4 Entender que el Lugar Directo de las Raíces (LDR) es una representación gráfica de los polos del sistema de control realimentado en función de un parámetro

X

06 T3 5 Analizar cuándo un punto del plano pertenece al LDR de un sistema realimentado

X

06 T3 6 Aplicar reglas sencillas de construcción al trazado rápido y aproximado del LDR de los sistemas de control

X

06,11 T3 7 Utilizar Matlab-CST para la construcción del LDR, trazado de cuadrículas y de líneas guía

X

06, 11 T3 8 Utilizar Matlab-CST para la localización de puntos del LDR, obtención de ganancias y raíces

X

06 T3 9 Aplicar la condición modular a un punto del LDR para la obtención de la ganancia correspondiente

X

06 T3 10 Calcular la ganancia a partir de la ecuación característica conocido un punto que pertenece al LDR

06 T3 11 Calcular un punto del LDR a partir de la ecuación característica conocida la correspondiente ganancia

06 T3 12 Aplicar la regla de Grant para el cálculo de raíces de la ecuación característica

03, 06 T3 13 Calcular la función de transferencia de la cadena abierta de un sistema de control mediante el uso de los puntos iniciales del LDR

04, 05, 06 T3 14 Interpretar el LDR para relacionar ganancias con aspectos temporales: tipos de respuesta, tiempos mínimos, retardos puros, no oscilación y régimen permanente

X

06 T3 15 Comprender cómo un cero finito influye en el LDR de un sistema canónico


Resultados de

aprendizaje

RA- Tem

a

Ord

en


Mín

imo

07 T4 1 Entender el concepto de diseño de un sistema de control y sus implicaciones X

03, 07 T4 2 Diseñar reguladores por cancelación polo-cero de la planta en sistemas de control en lazo abierto

03, 07 T4 3 Identificar las condiciones de aplicabilidad del método de diseño directo de Truxal para un sistema discreto de control

X

03, 07 T4 4 Hallar el modelo de Truxal a partir de unas especificaciones de respuesta temporal que aseguren su aplicabilidad

X

03, 07 T4 5 Corregir el modelo de Truxal cuando sea necesario para asegurar la causalidad del controlador

03, 07 T4 6 Calcular la función de transferencia del controlador correspondiente a un determinado modelo de Truxal

X

03, 08 T4 7 Caracterizar las acciones de control P, I y D y sus combinaciones posibles mediante sus funciones de transferencia y parámetros de definición

X

08 T4 8 Describir cualitativamente los efectos de las acciones PID sobre la respuesta de los sistemas de control

X

03, 08 T4 9 Ordenar por complejidad las distintas combinaciones de acciones PID X

06, 08 T4 10 Analizar el efecto de un controlador de tipo PID sobre el lugar de raíces directo de un sistema de control

X

08, 09 T4 11 Deducir la combinación de acciones PID más adecuada para hacer cumplir en el sistema de control unas determinadas especificaciones de respuesta en el dominio temporal

X

08, 09 T4 12 Sintonizar un controlador de tipo PID mediante el lugar de raíces para hacer cumplir en el sistema de control unas determinadas especificaciones de respuesta en el dominio temporal

X

10 T4 13 Obtener el esquemático de un circuito analógico basado en amplificador operacional que implemente un determinado controlador de tipo PID

03, 11 T4 14 Obtener el equivalente discreto de un controlador PID continuo por el método bilineal, mediante Matlab-CST

X

03, 05, 06 T4 15 Conocer el efecto de los ceros finitos del regulador en la consecución de los objetivos de diseño

05 T4 16 Determinar la respuesta de un controlador aisladamente, ante entradas sencillas de prueba


Contenidos

Unidades didácticas Tema 1. Fundamentos de los sistemas de control.

1. Señales, secuencias y sistemas.

2. Sistemas de control.

3. Modelado de un sistema.

4. Análisis y diseño de un sistema de control

Tema 2. Análisis temporal de los Sistemas de control.

1. Constantes de ganancia y de error.

2. Error en régimen permanente.

3. Respuesta de un sistema con polos reales dominantes.

4. Respuesta de un sistema con polos complejos conjugados dominantes.

Tema 3. Análisis de sistemas de control mediante el lugar de las raíces (LDR).

1. Concepto del LDR.

2. Construcción del LDR.

3. Interpretación del LDR.

Tema 4. Diseño de controladores

1. Método directo

2. Regulación PID

3. Diseño de un controlador


Distribución temporal A continuación se muestra la distribución temporal del temario y de las actividades de la

asignatura a lo largo del semestre según el calendario oficial de la escuela, para un grupo de

teoría y cuatro de laboratorio. La programación se corresponde con un semestre de 14

semanas lectivas de 8 horas de trabajo cada una. La columna “Indicadores” identifica aquellos

que se consideran tratados a través de cada una de las actividades asociadas. Relación de

aulas:

Leyenda: T-teoría presencial; L-laboratorio presencial; NP-no presencial

Tema 1

Semana 1 (4T+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía Evalua-

ción Indica- dores

Presentación de la asignatura(SS.CC., SS.DD., muestreo y reconstrucción, entradas de prueba)

1

Aula grande

Expositiva No -

Introducción a Matlab y Repaso a los SS.LL.

1

Aula grande

Expositiva No -

Repaso transformadas Laplace y Z Notación unificada (transformada genérica)

2 Estudio

Individual Estudio dirigido

No -

Ejercicios repaso de transformadas Laplace y Z

1 Estudio

Individual Ejercicios dirigidos

No -

Concepto de control de procesos continuos o discretos

Diagramas de bloques, notación y nomenclatura

Control en lazo abierto y en lazo cerrado Perturbaciones en un sistema de control

2

Aula grande

Expositiva No 1 a 5

Repaso contenidos básicos sobre control 1 Estudio

Individual Estudio

libre No 1 a 5

Tema 1 Semana 2 (2T+2L+4NP horas)


logía Evalua-

ción Indica- dores

Estudio Previo de la Práctica 1 Repaso fundamentos de Matlab

1 Estudio

Individual Práctica Sumativa 1, 3 a 9-

Práctica 1: Simulación de sistemas con Simulink

2

Laboratorio Práctica Sumativa 1, 3 a 9

Conclusión Práctica 1 Memoria de resultados Práctica 1

1 Estudio

en Pareja Reflexión Sumativa 1, 3 a 9

Ejercicios sobre modelo de sistemas 2 Estudio

Individual Ejercicios

libres No

6, 12, 14

Modelo de sistemas, función de transferencia con Matlab

Identificación y simulación de sistemas

1

Aula grande

Expositiva No 6, 10, 13, 14,

15, 16

Ejercicios sobre modelo de sistemas 1

Aula grande

Ejercicios No 6, 14




logía Evalua-

ción Indica- dores

Estudio previo de la Práctica 2 1 Estudio

en Pareja Práctica Sumativa

6, 10, 11, 14, 15, 16

Práctica 2: Identificación de una planta 2 Laboratorio Práctica Sumativa 6, 10, 11, 14, 15, 16


1 Estudio en Pareja

Reflexión Sumativa 6, 10, 11, 14, 15, 16

Sistemas de control híbridos Equivalente discreto de un sistema

continuo 1.5

Aula grande

Expositiva No 4, 17, 18, 19,

20

Ejercicios sobre el equivalente discreto 0.5 Aula

grande Ejercicios No 18, 20

Equivalente discreto de un sistema continuo con Matlab

2 Estudio

Individual Práctica dirigida

No 17, 18,

20


Actividad Horas Lugar Metodo-logía

Evalua-ción

Indica- dores

Estudio Tema 1 1

Estudio Individual

Estudio libre

No 1 a 21

Estudio previo de la Práctica 3

1 Estudio


10, 11,

12, 16, 17, 20,

21

Práctica 3: Simulación de sistemas con Matlab

2 Laboratorio Práctica Sumativa

10, 11, 12, 16, 17, 20,

21


1 Estudio

en Pareja Reflexión Sumativa

10, 11, 12, 16, 17, 20,

21

Preparación de los ejercicios evaluables del tema1

1 Estudio en grupo

Ejercicios libres

No 1 a 21

Introducción al análisis y diseño de sistemas de control

1 Aula

grande Expositiva No 22 a 28

Ejercicios Evaluables del Tema 1 1

Aula

pequeña(1)

Ejercicios Sumativa 1 a 21


Tema 2 Semana 5 (4T+4NP horas)


logía Evalua-

ción Indica- dores

Definición: régimen permanente (RP), error en RP, ganancia significativa y Tipo de un sistema

Definición de las constantes de error de los sistemas de control y su relación con las ganancias

2 Aula

grande Expositiva No 1, 2, 3

Ejercicios sobre las constantes de ganancia y de error de sistemas definidos por su función de transferencia, continuos y discretos

Ejercicios sobre el error en RP utilizando como dato la función de transferencia de la cadena abierta

2 Aula

grande Ejercicios No

2, 3, 5, 10

Ejercicios sobre el error en RP, ganancias, constantes de error, Tipo y variables que intervienen en el sistema de control

2 Estudio


No 2, 5, 10

Realización de simulaciones de diferentes sistemas en lazo cerrado Matlab/Simulink para la obtención de los errores ante diferentes entradas, sistemas continuos y discretos

1 Estudio

Individual Práctica Dirigida

No 3, 4, 5

Preparación del cuestionario 1 1 Estudio

Individual Estudio

libre No

Todos los del Tema 1



logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Cuestionario 1 (tema 1) 1 Estudio

individual Ejercicios Sumativa

Todos los del Tema 1


en Pareja Práctica Sumativa ---

Practica 4: Relación del error en régimen permanente con el Tipo y las entradas al sistema de control

2 Laboratorio Práctica Sumativa 4, 6, 7, 8, 9, 10,

11

Conclusión de la Práctica 4 Memoria de resultados Práctica 4

1 Estudio


4, 6, 7, 8, 9, 10,

11

Obtención con Matlab y/o Simulink de la respuesta temporal de sistemas sobreamortiguados ante las entradas de

prueba

1 Estudio


No 12, 15, 18, 19

Definición del régimen transitorio Clasificación de la respuesta temporal en

sobreamortigada, críticamente amortiguada y subamortiguada

Definición de polos dominantes en sistemas sobreamortiguados

Caracterización de la respuesta transitoria de un sistema sobreamortiguado

Retardo entrada-respuesta de un sistema sobreamortiguado

Demo Matlab sobre dominancia

2 Aula

grande Expositiva

No

12, 13, 14

A




logía Evalua-

ción Indica-dores

Ejercicios de simplificación de funciones de transferencia de sistemas sobreamortiguados

Relación cualitativa polo-respuesta de un sistema sobreamortiguado

1,5 Aula

grande

Ejercicios y

Expositiva No

14, 15,

20, 21

Definición de los sistemas críticamente amortiguados y subamortiguados

Definición de polos dominantes en sistemas subamortiguados, tratamiento de

los retardos en Z Obtención del tiempo de establecimiento

1,5 Aula

grande Expositiva

No

12, 13, 16

Ejercicios sobre caracterización de la respuesta temporal de los sistemas sobreamortiguados

2 Estudio


No 15

Preparación de los ejercicios evaluables del tema 2

2 Estudio en

grupo Ejercicios

libres No 1-11

Ejercicios evaluables del tema 2 1 Aula

pequeña(1)

Ejercicios Sumativa 1-11



logía Evalua-

ción Indica-dores

Caracterización de la respuesta transitoria de un sistema subamortiguado

Relación cualitativa polo-respuesta de un sistema subamortiguado

1

Aula grande

Expositiva No 17, 20,

21

Ejercicios de simplificación de funciones de transferencia de sistemas subamortiguados

Ejercicios sobre la respuesta temporal de sistemas subamortiguados

1 Aula

grande Ejercicios No 13, 16

Definición de las condiciones modular y angular que definen el concepto del lugar directo de las raíces (LDR)

Construcción del LDR mediante un trazado descriptivo

Interpretación del lugar de las raíces para el chequeo de la estabilidad de un sistema de control

2 Aula

grande

Expositiva No

1, 2, 3, 4, 5, 6

Ejercicios de aplicación de la condición modular y condición angular

1 Estudio


No 5, 9

Realización de ejercicios de obtención de tiempos y amplitudes en la respuesta temporal de los sistemas subamortiguados

1 Estudio


No 17

Obtención con Matlab y/o Simulink de la respuesta temporal de sistemas subamortiguados ante las entradas de prueba

1 Estudio


No 12, 16, 17, 18

Preparación del Cuestionario 2 1 Estudio

Individual Estudio Libre

No 12-22




logía Evalua-

ción Indica-dores



12, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22

Practica 5: Caracterización con Matlab y Simulink de la respuesta temporal ante diferentes entradas de los sistemas de control

2 Laboratorio Práctica Sumativa

12, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22


1 Estudio


12, 14, 15, 16,

17, 18, 19, 20, 21, 22

Cuestionario 2 (tema 2) 1 Estudio

Individual Ejercicios Sumativa 12-22

Ejercicios de cálculo de la ganancia sabiendo que un punto pertenece al LDR

Ejercicios para el cálculo de las raíces de la ecuación característica conociendo la ganancia

Ejercicios sobre el trazado descriptivo del LDR

2 Aula

grande Ejercicios No

4, 6, 9, 10, 11,

12

Obtención del LDR con Matlab de un sistema de control

1 Estudio


No 7



logía Evalua-

ción Indica-dores

Obtención del LDR con Matlab de un sistema de control, influencia cuando se añade un polo y/o cero

2 Estudio


No 15

Descripción de la influencia sobre el lugar de las raíces cuando se añade un polo y/o cero en diferentes posiciones

Ejercicios de construcción e interpretación del LDR

2 Aula

grande

Expositiva y

ejercicios No 15



1, 7, 8, 13, 14

Practica 6: Análisis de un sistema de control mediante el lugar de las raíces

2 Laboratorio Práctica Sumativa 1, 7, 8, 13, 14


1 Estudio


1, 7, 8, 13, 14




logía Evalua-

ción Indica- dores

Preparación de los ejercicios evaluables de los temas 2 y 3

2 Estudio en

grupo Ejercicios

Libres No

Todos temas 2

y 3

Ejercicios evaluables de los temas 2 y 3 1 Aula

pequeña(1)

Ejercicios Sumativa

Todos temas 2

y 3

Introducción al diseño directo de controladores

1 Aula

grande Expositiva No 1,2

Diseño directo de controladores discretos: condiciones de aplicabilidad y obtención del modelo

1 Aula

grande Expositiva No

3 a 6, 15

Ejercicios de aplicación de diseño directo de controladores

1 Aula

grande Ejercicios No 1 a 6

Ejercicios de aplicación de diseño directo de controladores

2 Estudio

individual Ejercicios dirigidos

No 1 a 6



logía Evalua-

ción Indica- dores

Definición de las acciones de control PID 2 Aula

grande Expositiva No

7 a 10, 13, 14,

16

Repaso contenidos sobre PID 1 Estudio

individual Estudio Libre

No 7 a 10, 13, 14,

16

Ejercicios sobre PID 1 Estudio

individual Ejercicios dirigidos

No 7 a 10, 13, 14,

16

Lectura y preparación previas del proyecto final de asignatura

2 Estudio

en Pareja Práctica No Todos

Proyecto final de asignatura. Primera sesión presencial

2 Laboratorio Práctica Sumativa Todos



logía Evalua-

ción Indica- dores

Sintonización de PIDs mediante el lugar de raíces

Saturación y antiwidup 2

Aula grande

Ejercicios No 10, 11, 12, 15

Desarrollo del proyecto final de asignatura 2 Laboratorio Práctica No Todos

Proyecto final de curso. Segunda sesión presencial


Compleción del proyecto final de asignatura y preparación de su evaluación

1 Laboratorio Práctica No Todos

Conclusión proyecto final de asignatura Memoria del proyecto final de asignatura

1 Estudio

en Pareja Reflexión Sumativa Todos



Actividad Horas/Fecha

Lugar Metodo-

logía Evalua-

ción Indica- dores

Realización individual de ejercicios de diseño de PIDs

1 Estudio

individual Ejerciciosdirigidos

No 10 a 15

Preparación de los ejercicios evaluables del Tema 4

2 Estudio grupo

Ejercicios libres

No Todos los del tema 4

Ejercicios evaluables del Tema 4 1

Aula

pequeña(1)

Ejercicios Sumativa

Todos los del tema 4

Proyecto final de asignatura. Tercera sesión presencial. Examen


Preparación del examen global 3 Estudio

individual Estudio

libre No Todos

Semana 15 (8NP horas)


logía Evalua-

ción Indica- dores


individual Estudio

libre No Todos

Semana 16 (8NP horas)


logía Evalua-

ción Indica- dores


individual Estudio

libre No Todos


Líneas metodológicas

Durante las semanas del periodo lectivo en el que se imparte esta asignatura estudiante

tendrá cuatro horas de trabajo presencial y otras 4 de trabajo no presencial, estas semanas

podrían ser ampliadas con dos semanas adicionales con una carga para el alumno de 8 horas

no presenciales. Las actividades tendrán lugar en diferentes sitios en función de la

presencialidad y contenidos, así se definen los siguientes lugares de realización de las

actividades:

- Presencial:

- Aula grande: aula grande para el gran grupo.

- Aula pequeña: grupos reducidos para la realización de ejercicios.

- Laboratorio: aula acondicionada con el equipamiento adecuado.

- No presencial:

- De estudio individual: trabajo personal del alumno realizado en cualquier sitio

- De estudio en pareja: dos alumnos para la realización de las prácticas

- De estudio en grupo: entre 4 y 5 alumnos, reuniones en cualquier sitio

La metodología utilizada depende de las actividades que se han de desarrollar y está

condicionada por la presencialidad de las mismas:

- Presencial:

- Expositiva: clase magistral

- Ejercicios: resolución de ejercicios

- Práctica: resolución de supuestos prácticos en un laboratorio

- Aprendizaje basado en Proyecto en el laboratorio: desarrollo de un supuesto

práctico en el que el alumno debe tomar sus propias decisiones

- No presencial:

- Ejercicios libres: enunciados de ejercicios en los que el alumno debe aportar toda

la destreza y conocimientos adquiridos para su resolución

- Ejercicios dirigidos: enunciados con resultado final y breves indicaciones para su

resolución a modo de pistas

- Estudio libre: estudio por cuenta del alumno

- Estudio dirigido: repaso a la teoría bajo unas instrucciones.

- Práctica dirigida: realización de un supuesto práctico sin la intervención del

profesor y bajo unas instrucciones

- Reflexión: conclusiones y reflexiones del alumno sobre lo aprendido en las

prácticas

- Trabajo en grupo: para la realización de los ejercicios evaluables

En consecuencia las dos metodologías principales en el aula serán la de Expositivo haciendo

referencia a la forma tradicional de impartir una clase magistral y la de Ejercicios en la que se

resolverán ejercicios y problemas relacionados con cada uno de los temas. En este último caso

se fomentará la participación de alumno de forma individual o en grupo, defendiendo y

discutiendo la solución o posibles soluciones de los ejercicios o problemas.


El trabajo no presencial del alumno lo realizará de forma individual o en grupo (pareja o grupo

de 4 ó 5 alumnos). En el primer caso su trabajo se orientará básicamente al estudio de los

contenidos de la asignatura y a la realización de algunos ejercicios propuestos por el profesor.

El trabajo en pequeños grupos estará presente a lo largo del curso con el fin de resolver

problemas o realizar algún otro trabajo propuestos por el profesor. La organización del trabajo

en los grupos se realizará con criterios de “Trabajo Cooperativo”, extendiéndose en algunas

circunstancias a la propia aula. El trabajo en pareja se centra fundamentalmente en la

resolución de los supuestos prácticos del laboratorio.

Recursos de enseñanza-aprendizaje Bibliografía:

S.Gomáriz, D.Biel, J.Matas y M.Reyes. Teoría de Control. Diseño Electrónico. Ediciones

UPC, 1998.

B. C. Kuo. Automatic Control System (7ª edición). Prentice Hall. 1995.

K. Ogata. Modern Control Engineering (4ª edición). Prentice Hall. 2002

K. Ogata. Discrete-Time Control Systems (2ª edición). Prentice-Hall, 1995.

Several Authors. The Control Handbook. IEEE Press & CRC Press. EEUU. 1996.

Recursos disponibles en la plataforma de la asignatura (accesible a través de Moodle UPM):

diapositivas de los temas expuestos en el aula, ejercicios, guiones de las prácticas de

laboratorio, cuestionarios on-line y enlaces a recursos externos de interés.

Equipamiento disponible en el laboratorio: fuente de alimentación, ordenador personal,

tarjetas de adquisición de datos, plantas reales, MatlabTM, SimulinkTM y otro software de apoyo

Evaluación De acuerdo con la Normativa Reguladora de los Sistemas de Evaluación de la Universidad

Politécnica de Madrid, aprobada el 22 de Julio de 2010, el alumno podrá elegir entre dos

sistemas de evaluación, excluyentes y definitivos durante el curso:

Sistema de evaluación continua: es el sistema por defecto cuyo detalle se muestra más

adelante.

Sistema de sólo prueba final: los alumnos que elijan este itinerario deberán presentar,

antes de la tercera semana de clases, una solicitud por escrito al coordinador de la

asignatura indicando la elección de este itinerario. En este itinerario no se realizará

ninguna prueba de evaluación continua, únicamente se realizarán unas pruebas finales

que reflejarán una complejidad y extensión similares a las del conjunto de pruebas

realizadas en el sistema de evaluación continua.

Se recuerda, que según la normativa: Una vez elegido el itinerario de evaluación continua, no

es posible el cambio de itinerario por parte del alumno excepto por causa sobrevenida y de

fuerza mayor.


Las notas de la asignatura serán expuestas en el tablón VIII.2.8 que está situado en el bloque

D-VIII.

ITINERARIO DE EVALUACIÓN CONTINUA

La nota de la asignatura se obtiene a partir de actividades distribuidas a lo largo del curso:

Cuestionarios: realización individual de test en la plataforma Moodle, se recordará al

comienzo de la semana el día y horario de realización.

Ejercicios evaluables: con la preparación previa no presencial y en grupo de ejercicios,

se realizará una prueba en el aula que consistirá en la resolución in situ de un ejercicio

de características muy similares, recogiéndose sólo una entrega por grupo elegida al

azar. La calificación es común para todos los miembros del grupo.

Prácticas de laboratorio: evaluación de la actuación en el aula y de la capacidad de

reflexión de la pareja.

Proyecto final de curso: evaluación de la actuación y reflexión así como de la capacidad

de la pareja para resolver un supuesto práctico de diseño de un sistema de control,

que abarca las fases de documentación, comprensión, análisis y síntesis del problema.

Aunque el proyecto se desarrolla por parejas, su defensa y evaluación será individual.

Examen global: resolución individual en el aula de cuestiones y ejercicios de todos los

temas. Se facilitará junto con el cuadernillo del examen un formulario que contiene las

ecuaciones más relevantes de la asignatura.

A continuación se muestra la contribución de cada elemento de evaluación a la nota global:

Tabla 1

Actividad Puntuación total

Cuestionarios 1

Ejercicios evaluables 3

Prácticas y proyecto fin de asignatura 3

Examen Global 3

Total Asignatura 10

La distribución de la nota de cada prueba de evaluación continua se muestra en la tabla 2:

Tabla 2

EVALUACIÓN CONTINUA 1 2 3 4 5 6 Proyecto Total

Cuestionarios 0.5 0.5 -- -- -- -- -- 1

Ejercicios evaluables 0.7 0.7 0.8 0.8 -- -- -- 3

Laboratorio 0.2 0.3 0.2 0.4 0.4 0.5 1* 3

Examen Global 3*

Total Asignatura 10 *Notas con umbral del 33%, véase el siguiente párrafo.

En cada una de las actividades de evaluación sumativa se evaluarán tanto los conceptos como

la capacidad de aplicarlos, dando especial importancia a la evaluación de los indicadores


mínimos definidos para cada tema. Para aprobar la asignatura es necesario obtener una nota

global mayor o igual a 5 puntos, siendo necesario superar un umbral mínimo en el examen

global y en el proyecto final de asignatura del 33% en cada uno de ellos.

SISTEMA DE EVALUACIÓN EXTRAORDINARIO

El examen extraordinario abarca dos actividades de evaluación: PFA y examen global (son las

actividades que presentan umbrales para su aplicación), con el mismo grado de dificultad que

en la convocatoria ordinaria. Los pesos sobre la nota final en la asignatura se resumen a

continuación en función de los diferentes casos en los que los alumnos se puedan encontrar:

1. Si el alumno, por no llegar a las notas umbral, tiene que examinarse del PFA y examen

global la nota final se determinará por la media de las dos pruebas.

2. Si el alumno solo tiene que examinarse del PFA, la nota final será la más favorable elegida

de entre las siguientes: cálculo de la nota de la evaluación continua según la tabla 2

sustituyendo la nueva nota del PFA o cálculo según el criterio del punto anterior.

3. Si el alumno solo tiene que examinarse del examen global, la nota final será la más

favorable elegida de entre las siguientes: cálculo de la nota de la evaluación continua

según la tabla 1 sustituyendo la nueva nota del global o cálculo según el criterio del punto

1.

EVALUACIÓN CONTINUA PARA UN ALUMNO DE 2ª MATRÍCULA Y SUCESIVAS

Para un alumno que no curse la asignatura por primera vez deberá de repetir todas las

actividades de evaluación, a excepción de las de laboratorio, si ha conseguido al menos el 50%

del valor total (1.5 puntos) y con la condición de que haya superado también el Proyecto Fin de

Asignatura (PFA) al menos en un 50% (0.5 puntos). Si ha superado las prácticas pero no el PFA,

el alumno tiene que evaluarse nuevamente del PFA y en cualquier otro caso revaluarse de

todas la prácticas. Las calificaciones de esas actividades serán las obtenidas cuando las cursó.

No obstante, el alumno puede optar por repetir estas actividades de nuevo con la intención de

mejorar su calificación.

ITINERARIO DE SÓLO PRUEBA FINAL Está compuesto por cuatro pruebas básicas:

Examen de teoría: similar al examen global de la evaluación continua.

Examen de laboratorio: recoge todas las actividades prácticas evaluables en un

examen a realizar en el laboratorio, incluso el PFA que los alumnos deben resolver en

el mismo periodo que los alumnos acogidos a la modalidad de evaluación continua. El

PFA es el mismo que el de la modalidad de evaluación continua.

PRUEBA FINAL Total

Examen de teoría 5

Examen de laboratorio 5

Total Asignatura 10


Preguntas frecuentes P: El PFA extraordinario, ¿lo podré hacer con mi compañero si también suspende, o es individual? R: La convocatoria extraordinaria es exclusivamente individual.

P: ¿Cuándo se sabría el enunciado del proyecto extraordinario?, porque en el caso de ser unos meses más adelante ¿cómo me enteraría de la existencia del enunciado si me cierran la asignatura en la plataforma Moodle? R: La asignatura no se cierra en Moodle hasta septiembre, luego tienes que estar pendiente

por allá por el mes de Junio. El día de la evaluación del PFA sería el mismo día que el de teoría

del examen extraordinario tras su finalización, el lugar el laboratorio de la asignatura.

P: Si me acojo a la modalidad de evaluación de sólo prueba final ¿cuándo tengo que examinarme de teoría y de laboratorio?

R: Respecto a la teoría has de realizar el mismo examen que los alumnos acogidos a la

evaluación continua. Respecto al laboratorio debes de realizar de forma individual el mismo

PFA que los alumnos acogidos a la evaluación continua, respetando los mismos plazos de

tiempo. El examen del PFA y el oral de esta modalidad de evaluación se realizarán el mismo

día y tras la finalización del examen de teoría, en el aula de laboratorio.

Universidad Politécnica de Madrid...Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2014...

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