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TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA Versión 2 – Agosto de 2009

UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER PROGRAMA DE ASIGNATURA

FACULTAD CIENCIAS NATURALES E INGENIERÍAS PROGRAMAS ACADÉMICOS ELECTRÓNICA

ASIGNATURA: SISTEMAS DE CONTROL ANALÓGICO Tipo Asignatura: A Créditos: 4 TP: 64 TI: 128 Semestres académicos: VI Código asignatura: TEL601 Requisito: ELECTRÓNICA II JUSTIFICACIÓN: Los sistemas de control son una de las áreas principales y de aplicación especifica dentro de la disciplina, por disponer de una gama de conocimiento que adentra al estudiante en toda una dimensión del conocimiento en función de herramientas matemáticas para la predicción y caracterización de sistemas desde el punto de vista de técnicas y transformadas para diseñar control análogo; por tal razón se hace de vital importancia que el Tecnólogo en Electrónica de las Unidades Tecnológicas de Santander se forme en esta área de conocimiento, además, la implementación de sistemas de control electrónico necesita una fundamentación teórica sólida que de soporte a dichos sistemas.

OBJETO DE ESTUDIO: : Los sistemas de control con realimentación, en el dominio del tiempo y de la frecuencia y el diseño de compensadores analógicos para sistemas lineales. OBJETIVO DE FORMACIÓN: Conocer los diferentes conceptos y técnicas teóricas y las herramientas computacionales para el diseño de circuitos electrónicos que ejecuten acciones de control de diferentes características, aplicables a sistemas electrónicos y procesos electromecánicos

COMPETENCIAS TRANSVERSALES: • Lectura comprensiva • Expresión comunicativa escrita y de generación de textos • Resolución de problemas. • Capacidad para trabajar y aprender en equipo COMPETENCIAS ESPECÍFICAS DE LAS ASIGNATURA: • Representar mediante diagramas de bloques la función de transferencia de un sistema de control

continuo. • Modelar los sistemas de control con el uso de las técnicas y herramientas matemáticas

adecuadas. • Aplicar los métodos de análisis de sistemas continuos de control con el fin de anticipar el

comportamiento de los mismos. • Predecir el comportamiento de un sistema de acuerdo con su función de transferencia • Aplicar criterios de Estabilidad en el análisis de los sistemas de control continuo en sistemas

físicos reales.



ESTRUCTURA DE LA ASIGNATURA POR UNIDADES TEMÁTICAS

COMPETENCIAS UNIDADES TEMÁTICAS Semanas Horas

TP TI Representar mediante diagramas de bloques la función de transferencia de un sistema de control continuo.

INTRODUCCIÓN. 7 28 56

Modelar los sistemas de control con el uso de las técnicas y herramientas matemáticas adecuadas. .

MODELOS MATEMÁTICOS 2 8 16

Aplicar los métodos de análisis de sistemas continuos de control con el fin de anticipar el comportamiento de los mismos.

REPRESENTACIÓN EN ESPACIOS DE ESTADO 2 8 16

Predecir el comportamiento de un sistema de acuerdo con su función de transferencia

RESPUESTA EN EL TIEMPO 3 12 24

Aplicar criterios de Estabilidad en el análisis de los sistemas de control continuo en sistemas físicos reales.

ESTABILIDAD 2 8 16

TOTAL 16 64 128



UNIDAD 1 : INTRODUCCIÓN COMPETENCIA: Representar mediante diagramas de bloques la función de transferencia de un sistema de control continuo. RESULTADOS DE APRENDIZAJE: El estudiante: • Soluciona problemas con funciones de transferencia en diferentes aplicaciones. • Analiza las características de los sistemas de control a partir de diagramas de bloques y gráficos

de flujo.

CONTENIDOS

Conocimientos Habilidades

Transformada de Laplace Función de Transferencia. Modelos

matemáticos. Diagrama de bloques y gráficos de flujo de

señal. Regla de Mason.

Capacidad para la interpretación de datos y

problemas. Habilidad para obtener la función de

transferencia de un sistema de uno a más lazos.

Transferir modelos matemáticos y representarlos como parte de un sistema de control mediante la implementación de diagramas de bloques y diagramas de flujo.

Uso de la formula de Mason para reducción de sistemas de varios lazos de control.

ACTIVIDADES DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE

En el Aula Fuera del Aula

• Exposición del docente. • Revisión del trabajo extra-clase. • Talleres grupales para resolver problemas. • Asignación de temas para consulta y

ejercicios para resolver en la casa

• Desarrollo de ejercicios con apoyo en la

guía docente. • Informe de lectura sobre textos sugeridos

por el docente con base en guía docente.



UNIDAD 2: : MODELOS MATEMÁTICOS COMPETENCIA: Modelar los sistemas de control con el uso de las técnicas y herramientas matemáticas adecuadas. RESULTADOS DE APRENDIZAJE: El estudiante: • Identifica los sistemas eléctricos, mecánicos y sus analogías. • Soluciona circuitos utilizando las diferentes técnicas y las migra a sistemas mecánicos

CONTENIDOS


• Circuitos Eléctricos • Circuitos electrónicos con amplificadores

operacionales • Sistemas mecánicos translacionales y

rotacionales • Analogía eléctrica- mecánica. • Sistema electromecánico, el servomotor DC.

• Capacidad para deducir a partir del

esquema circuital la función de transferencia que caracteriza el circuito.

• Habilidad para identificar las analogías presentes entre los sistemas eléctricos y mecánicos.






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UNIDAD 3 : REPRESENTACIÓN EN ESPACIOS DE ESTADO COMPETENCIA: Aplicar los métodos de análisis de sistemas continuos de control con el fin de anticipar el comportamiento de los mismos.

RESULTADOS DE APRENDIZAJE: El estudiante:

• Describe el modelo matemático más adecuado para la aplicación de control que se requiera. • Soluciona y plantea matrices utilizando las técnicas de control más viables.

CONTENIDOS


• Revisión de operaciones Matriciales • Definiciones Básicas, Sistemas eléctricos,

sistemas mecánicos. • Transformación Función de transferencia -

ecuación de estado y transformación ecuación de estado función de transferencia

• Habilidad para identificar las variables que

modelan el sistema y permiten la generación de las ecuaciones de estado características.

• Capacidad para obtener la ecuación de estado a partir de la función de transferencia característica del sistema y para realizar el proceso inverso.






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UNIDAD 4: RESPUESTA EN EL TIEMPO

COMPETENCIA: Predecir el comportamiento de un sistema de acuerdo con su función de transferencia. RESULTADOS DE APRENDIZAJE: El estudiante:

• Describe la estructura física de los polos y ceros • Diferencia cada una de las variables de control en respuesta transitoria • Soluciona sistemas en ecuaciones de estado

CONTENIDOS

Conocimientos Habilidades • Estimación de la forma de la respuesta

analizando la posición de los polos. • Sistemas de primer y segundo orden,

especificación de la respuesta transitoria en estos sistemas.

• Respuesta en le tiempo para sistemas con ceros y mas de dos polos.

• Solución de la ecuación de estado por transformada de laplace y solución de la ecuación de estado en el dominio del tiempo, Matriz de transición.

• Representación de ecuaciones de estado con gráficas de flujo de señal y diagramas de bloques, representaciones alternativas, formas canónicas, conexiones en paralelo, cascada y bloques realimentados.

• Caracterizar y diferenciar los sistemas de

control de acuerdo con el número de polos de su función de sistema a través de la especificación de su respuesta transitoria.

• Habilidad para la dar solución a la ecuación de estado característica de un sistema de control a través de los métodos de transformada de laplace y Matriz de transición.

• Representar la ecuación de estado propia de un sistema de control mediante gráficas de flujo de señal y diagramas de bloques.

• Desarrollar la representación de la ecuación de estado equivalente para conexiones en paralelo, cascada y bloques realimentados.






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UNIDAD 5: ESTABILIDAD COMPETENCIA: Aplicar criterios de Estabilidad en el análisis de los sistemas de control continuo en sistemas físicos reales. RESULTADOS DE APRENDIZAJE: El estudiante: • Describe el comportamiento del criterio de Routh. • Describe el comportamiento de estabilidad de un sistema. • Describe la técnica de compensación con base en PID.

CONTENIDOS


• Criterio de Routh-Hurwitz, • Análisis de estabilidad en espacios de

estados, • Errores en estado estable • Posición, velocidad y aceleración. acciones

Básicas de control, P,I,D.

• Implementar las técnicas y herramientas

propias del análisis de sistemas de control para definir la estabilidad de los mismos.

• Interpretar y diferenciar las acciones básicas de control.






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ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA

ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE

Se plantean las siguientes estrategias: Clase Magistral: Será el espacio de discusión en los que el docente puntualiza los conceptos relacionados con la temática desarrollada y a través de ejemplos aclara dudas y genera en el estudiante el conflicto cognitivo.

Aprendizaje Basado en Problemas: El docente expondrá problemas de aplicación práctica, proponiendo una solución donde se haga explicita la metodología implementada en su solución brindando espacio para otras propuestas.

El trabajo individual y colaborativo por parte del estudiante es desarrollado a partir de las actividades planteadas por el docente. El estudiante deberá hacer uso de la comprensión lectora, la expresión escrita y oral, de estrategias de memorización para recordar vocabulario, definiciones y fórmulas.

CRITERIOS INSTITUCIONALES DE EVALUACIÓN

La evaluación se hará teniendo como referente los resultados de aprendizaje previstos en cada unidad y corte, los cuales serán comunicados a los estudiantes antes de valorar su desempeño. Se hará uso de diversas estrategias para recoger, como mínimo, tres evidencias de aprendizaje en cada uno de los tres cortes que establece el calendario académico semestral. Para garantizar un seguimiento efectivo del aprendizaje es necesario realizar una evaluación diagnóstica al comienzo del semestre con el fin de determinar los presaberes requeridos para iniciar el nuevo proceso de aprendizaje. Igualmente, se deben realizar evaluaciones periódicas para observar progresos en el aprendizaje de los estudiantes. Al finalizar casa corte se realizará una evaluación escrita (parcial) para evidenciar los aprendizajes esperados y certificarlos mediante una calificación (valoración cuantitativa) en una escala de 0.0 a 5.0.

INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

Se utilizarán instrumentos como la prueba escrita (parcial), las pruebas cortas (quices), los trabajos escritos o talleres.



BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA • KUO, Benjamín C., "Automatic Control Systems", Prentice-Hall, New Jersey, 1991, 6a. Edición. • OGATA, Katsuhiko, "Ingeniería de Control Moderna", Prentice-Hall Hispanoamericana, 1993, 2a.

Edición. BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA • ELGERD, Olle Y., "Control Systems Theory", McGraw-Hill, Kogakusha, 1967. • DORF, Richard C., "Sistemas Modernos de Control", Adisson-Wesley Iberoamericana, S.A., 2a.

Edición, 1989. • KAILATH, Thomas, "Linear Systems", Prentice Hall, New Jersey, 1980 • CHEN, Chi-Tsong, "Linear System Theory and Design", CBS College Publishing, 1984 • NETUSHIL, A., "Theory o Automatic Control", MIR Publishers, Moscow, 1978, 2a. Edición.

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