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Electronica y Regulación Automática

Parte Automática: Control en el Espacio de Estado

y control multivariable por

Pascual Campoy Universidad Politécnica Madrid

pascual.campoy@upm.es

www.vision4uav.com www.disam.upm.es/campoy

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Electrónica y Automática

División de la asignatura: – Parte Electrónica – Parte Automática

Unificación de la nota: –  Para aprobar: nota(E)≥4 y nota(A)≥4 y media≥5 –  Si aprobado: Nota=(nota(E)+nota(A))/2 –  Las partes aprobadas se guardan durante dos

cursos académicos consecutivos

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Índice

•  Objetivos •  Evaluación •  Temario •  Planificación horaria •  Metodología •  Material docente •  Ejercicios de clase

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Objetivos

– Aprobar la asignatura – Aprender conceptos nuevos en control de

sistemas – Coger experiencia en la resolución práctica

de problemas de control – Coger experiencia en la utilización de

Simulink y Matlab – Coger experiencia en la utlización de

herramientas de e-learning – Mejorar las competenicas de trabajo en

grupo y exposición en público

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Índice

•  Objetivos •  Evaluación •  Temario •  Planificación horaria •  Metodología •  Material docente •  Ejercicios de clase

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Evaluación …

•  Continua: Puntos –  Tres Exámenes ___ 6,5 –  Tres trabajos en grupo ___ 2,5 –  Ejercicios de clase (corrección aleatoria) ___ 1 –  Participación en clase (subjetivo por el prof.) ___ 1

•  Única (hay que comunicarlo explícitamente antes del 16 Noviembre): –  Trabajos (obligatorios) _________________ 1,5 –  Examen (escrito y oral) _________________ 8,5

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... evaluación … •  Exámenes

–  Contenido: •  25% son ejercicios de clase •  25% son apartados del trabajo colaborativo (la nota

de este apartado hace media con la media de los otros integrantes del grupo)

•  25% conceptos teóricos •  25% ejercicio práctico

–  Ponderación relativa de cada examen: 30% el primero, 33% el segundo y 36% el último

–  Opción de repetición de un solo examen anterior (la nota será el 80%)

–  La media tres partes debe ser superior a 3,5

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... evaluación

•  Trabajos: –  Composición:

Grupos estables de tres personas. Se notificará cualquier alteración

–  Objetivos: 1.  Que todos los componentes del grupo sepan resolver el

problema planteado (0,8 puntos comunes mediante preguntas en los exámenes con nota compartida)

2.  Redactar el documento y preparar la exposición de una forma clara y completa (2,5 puntos comunes)

3.  Minimizar el esfuerzo realizado

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Índice

•  Objetivos •  Evaluación •  Temario •  Planificación horaria •  Metodología •  Material docente •  Ejercicios de clase

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¿por qué un nuevo enfoque para control?

•  Ejemplo péndulo invertido

u x

modelo en función de transferencia

Lugar de las raíces •  No es posible el control con un PID

•  Muy difícil y no sistemático su control con técnicas clásicas

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¿por qué un nuevo enfoque para control?

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Modelo lineal del estado del sistema θ u

x x’

θ’

•  Análisis del modelo •  Modelado del estado del sistema

-+v

K

•  Control por realimentación del estaddo

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¿por qué un nuevo enfoque para control?

θ x’

θ’

K

x

observador

•  Control por realimentación del estado observado

u x

-+v

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Temario

1.  Modelo de estado 2.  Evolución del estado

parte 1

3.  Controlabilidad 4.  Control por realimentación del estado

parte 2

5.  Observabilidad 6.  Observadores y realimentación 7.  Control Multivariable

parte 3

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•  Objetivos •  Evaluación •  Temario •  Planificación horaria •  Metodología •  Material docente •  Ejercicios de clase

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Planificación horaria …

4,5 créditos UPM x 0,8 = 3,6 ECTS = 3,6 ECTS x 25 (30) horas/ECTS = 90 (108) horas

-  Aula cooperativa nº 21 __ 36 horas para clases y ejerccios -  Aula informática (A y F5-F6) __ 6 horas para 3 exámenes -  Fuera del aula __ 48 (66) horas 48 (66) horas/8sem. = 6 (8,25) horas/sem.

-  TOTAL __ 90 (108) horas

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… planificación horaria … Tema Contenido Día Aula

0 Guia de la asignatura 31-O 21 1 Modelo de estado 2-N, 7-N, 8-N 21 2 Evolución del Estado 14-N, 15-N 21 3 Controlabilidad 16-N, 21-N 21

1-2 Exposición trabajo 1 22-N 21 1-2 Exmen parte 1 23-N A

4 Control por realimentación del estado 28-N, 29-N 21

5 Observabilidad 1 (¿cambio de fecha?) 30-N 21

3-4 Exposición trabajo 2 5-D 21 3-4 Exmen parte 2 7-D F5-F6 5 Observabilidad 2 12-D 21

6 Observadores del estado y realimentación 13-D, 14-D 21

7 Control Multivariable 19-D, 20-D 21 5-6 Exposición trabajo 3 21_D 21 Navidades

5-6-7 Examen parte 3 12-E F5-F6

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… planificación horaria

Noviembre

L M X

31 Intro

2 Modelado

7 Modelado

8 Modelado

14 Evolución

15 Evolución

16 Controla.

21 Controla.

22 Trabajo 1

23 Examen 1

Diciembre

L M X

28 Realiment.

29 Realiment.

30 Observ.(?)

5 Trabajo 1

7 Examen 2

12 Observ.

13 Obs+Reali.

14 Obs+Reali.

19 Multiva.

20 Multiva.

21 Trabajo 3

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Índice

•  Objetivos •  Evaluación •  Temario •  Planificación horaria •  Metodología •  Material docente •  Ejercicios de clase

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Methodología …

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Roger Schank interviewed by Eduardo Punset

Practico:

http://scaleup.ncsu.edu/

Colaborativo: SCALE-UP

classroom at MIT

Classroom at QUT

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… metodología •  En el aula cooperativa nº 21:

–  Para cada tema: •  Exposición por el profesor •  Trabajo en grupo sobre el computador •  Resolución de dudas

•  Fuera del aula: –  Trabajo individual (antes/después del tema) –  Tres trabajos colaborativos

•  En el aula informática (A y F5-F6): –  Tres exámenes individuales

–  Para cada trabajo: exposición y resolución de dudas

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Índice

•  Objetivos •  Evaluación •  Temario •  Planificación horaria •  Metodología •  Material docente •  Ejercicios de clase

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Material docente …

Utilización de Moodel •  Si estás matriculado:

– moodle.upm.es/titulaciones/oficiales/ –  Usuario: el correo @alumnos.upm.es y su clave

•  Si todavía no estás todavía matriculado: – http://moodle.upm.es/titulaciones/oficiales/

course/view.php?id=2144 –  entrar como invitado, correo @alumnos.upm.es

y clave “control”

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… maerial docente …

•  En Moodle encontraras: –  Esta presentación que sirve como normativa:

“0_Guia_Parte_Automatica.pdf”, –  Diapositivas de la clase de cada tema

•  sirven como temario detallado •  incluyen los enunciados de los ejercicios de clase

–  Enunciados de los tres trabajos colaborativos –  Ficheros de sistemas para ejercicios y trabajos:

“lib_sistemas_fisicosR13”, “figuras.zip” y “plantilla_ejercicios.doc” –  Foros de comunicación para dudas

(técnico y logístico)

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… material docente

Libros: –  “Control en el espacio de estado (2ª edición) ”

S. Dominguez, P.Campoy, J.M.Sebastián y A.Jimenez, Editorial: Prentice Hall temas del 1 al 6

–  “Control de procesos químicos” (cap. 12) P.Ollero y E.F. Camacho, Editorial Síntesis

tema 7

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Índice

•  Objetivos •  Evaluación •  Temario •  Planificación horaria •  Metodología •  Material docente •  Ejercicios de clase

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Ejercicios de clase …

1.  Descargar de Moodle la plantilla “plantilla_ejercicios.doc” 2.  Renombrarlo como:

aX_Y_AAAAA_BBBBB_CCCCC.doc donde X es el número del tema Y es el número de ejercicio dentro del tema AAAAA, BBBBB y CCCCC son los números de matrícula

3.  Rellenar la cabecera:

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… class-room exercices

4.  Escribir en el documento la solución del ejercicio incluyendo: –  Esquema Simulink y valores de los parámetros de los

bloques. Aternativamente el código Matlab utilizado y resultado de su ejecución.

–  Gráficos obtenidos. –  Dicusión de resultados y conclusiones.

5.  Subir el documento en Moodle: –  La versión hecha en clase –  La versión terminada en casa

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Ejercicio 0.1

a)  Obtener los valores de equilibrio de ambas alturas, para F1=1, S1=0.1, S2=0.2, A1=1, A2=1,5 (5 puntos)

b)  Dibujar la evolución hacia dichos valores (2,5 puntos) c)  Discutir la influencia de las c.i. y entradas en los valores

de las variables en el p.e. (2,5 puntos)

•  Descargarse “lib_sistemas_fisicosR13” y “figuras.zip” (descomprimido) en directorio de trabajo •  Fijar el directorio de trabajo de Matlab •  Abrir un fichero Simulink nuevo con el sistema de la figura

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Solución ejercicio 0.1

a)

c) … El valor final de equilibrio depende de las entradas (mayor F1 implica mayores alturas y lo opuesto con S2). Dichas alturas de equilibrio son independientes de sus valores iniciales.

b)