Syllabus Del Curso Control Analogo.docx

Universidad Nacional Abierta y a Distancia Vicerrectoría Académica y de Investigación Syllabus del curso Control Análogo 1. IDENTIFICACIÓN DE CURSO Escuela o unidad: Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería

Sigla: ECBTI Campo de formación: Formación disciplinar Código: 203040 N° de créditos: 3

Nivel: Profesional Curso: Control Análogo Tipología de curso: Metodológico Diseñador de curso: Fabián Bolívar Actualizador de curso: Fabián Bolívar Marín Marín Fecha de elaboración: 23 de octubre de Fecha de actualización: 23 de octubre 2018 de 2018 Descripción del curso: El curso Control Análogo es de tipo metodológico, consta de tres (3) créditos académicos, contiene tres (3) unidades temáticas y se desarrollará en un lapso de 16 semanas. Su componente práctico se realizará de forma simulada utilizando el software Matlab, licenciado por la Universidad en todos sus centros o el Octave, como alternativa de software libre. El curso se articula al núcleo problémico No. 2 del programa de Ingeniería Electrónica, Proceso de pensamiento científico: fundamentación científico – tecnológica, cuyo propósito es la formación sólida para el pensamiento científico y tecnológico para el desempeño en electrónica. Busca desarrollar en el estudiante la capacidad de describir de manera suficiente las nociones, los conceptos y los procedimientos necesarios para el análisis y diseño de sistemas de control continuo o análogo. Este curso es la puerta de entrada al mundo del control automático tras haber estudiado los sistemas dinámicos. Brinda al estudiante las herramientas necesarias para el análisis y diseño de controladores a través de diferentes técnicas. Se desarrollará bajo la estrategia de aprendizaje basada en tareas y para afrontarlo con propiedad, es importante que los estudiantes manejen con suficiencia temáticas relacionadas con ecuaciones diferenciales, transformada de Laplace y modelamiento de sistemas dinámicos.

Está dividido en tres unidades: La primera unidad se orienta al estudio de la dinámica de sistemas continuos en el dominio del tiempo y el análisis de su estabilidad absoluta y relativa. En la segunda unidad se estudia el lugar geométrico de las raíces de sistemas continuos y el diseño de compensadores por dicho método. Finalmente, en la tercera unidad se analiza y diseña sistemas de control continuos mediante el método de la respuesta en frecuencia y se incursiona en el mundo de los controladores PID (Proporcional-Integrativo-Derivativo), muy utilizados en la industria. 2. INTENCIONALIDADES FORMATIVAS Propósitos de formación del curso: 



Al terminar el curso, el estudiante describa el comportamiento de sistemas dinámicos continuos en el dominio del tiempo y de la frecuencia mediante el conocimiento de sus funciones de transferencia para obtener herramientas en el diseño de sistemas de control. Al finalizar el curso, el estudiante construya la solución de problemas de control en procesos continuos mediante el diseño de compensadores y controladores a través de diferentes técnicas para lograr mantener el comportamiento de dichos procesos en las condiciones deseadas.

Competencias del curso: 

 

El estudiante describe la respuesta en el tiempo de un sistema continuo ante señales de entrada típicas usando la teoría de dinámica de sistemas y software de simulación para el análisis de sistemas de control y posterior diseño de controladores. El estudiante diseña compensadores mediante el método del lugar geométrico de las raíces y software de simulación para el control automático de procesos. El estudiante diseña compensadores y controladores PID mediante el método de respuesta en frecuencia, reglas de Ziegler-Nichols y software de simulación para el control automático de procesos.

3. CONTENIDOS DEL CURSO

Unidades/temas Recursos educativos requeridos 1. Respuesta transitoria y Estimado estudiante, a continuación usted podrá estacionaria de sistemas consultar los contenidos requeridos para la dinámicos apropiación de los temas de la Unidad 1. Encontrará temas clave para desarrollar el trabajo  Introducción a los de la tarea 1. sistemas de control  Sistemas de primer orden Introducción a los sistemas de control  Sistemas de segundo orden  Sistemas de orden  Ñeco, R., Reinoso, O. & García, N. (2013). superior Análisis de sistemas continuos de control  Criterio de estabilidad de realimentados: Introducción. En: Apuntes de Routh – Hurwitz sistemas de control (1 ed) (pág. 3-8).  Error en estado Alicante, España: Ed ECU. Recuperado de estacionario https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/li b/unadsp/reader.action? ppg=26&docID=3213648&tm=15397515807 49  Muñoz, J., Muñoz, L. & Rivera, C. (2014). Conceptos generales de control automático. En: Control automático I: estrategias de control clásico (1 ed) (pág 13-35). Ibagué, Colombia: Sello editorial Universidad del Tolima. Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/li b/unadsp/reader.action? ppg=14&docID=4909273&tm=15397103838 64 Sistemas de primer orden, sistemas de segundo orden, sistemas de orden superior, criterio de estabilidad de Routh-Hurwitz 

Ñeco, R., Reinoso, O. & García, N. (2013). Análisis de sistemas continuos de control









realimentados: Introducción. En: Apuntes de sistemas de control (1 ed) (pág. 11-19). Alicante, España: Ed ECU. Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/li b/unadsp/reader.action? ppg=34&docID=3213648&tm=15397517127 43 Arnáez, E. (2014). Análisis de la respuesta en estado transitorio. En: Enfoque práctico del control moderno: con aplicaciones en Matlab (1 ed) (pág 31-57). Lima, Perú: Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC). Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/li b/unadsp/reader.action? ppg=32&docID=4184877&tm=15419603715 90 Bolívar, F.(2016). Dinámica de sistemas de primer orden con Matlab [OVI]. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/10051 Bolívar, F.(2016). Dinámica de sistemas de segundo orden con Matlab [OVI]. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/10052 Bolívar, F.(2018). Dinámica de sistemas [OVA]. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/21328

Error en estado estacionario 

Ñeco, R., Reinoso, O. & García, N. (2013). Análisis de sistemas continuos de control realimentados: Análisis en régimen permanente de sistemas continuos realimentados. En: Apuntes de sistemas de control (1 ed) (pág. 23-37). Alicante,

España: Ed ECU. Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/li b/unadsp/reader.action? ppg=46&docID=3213648&tm=15397522873 06 2. Análisis y diseño de sistemas de control mediante el lugar geométrico de las raíces    

Lugar geométrico de las raíces de sistemas de control Compensadores en adelanto Compensadores en atraso Compensadores en adelanto-atraso

Estimado estudiante, a continuación usted podrá consultar los contenidos requeridos para la apropiación de los temas de la Unidad 2. Encontrará temas clave para desarrollar el trabajo de la tarea 2. Lugar geométrico de las raíces de sistemas de control 

Ñeco, R., Reinoso, O. & García, N. (2013). Análisis de sistemas continuos de control realimentados: Técnica del lugar de las raíces. En: Apuntes de sistemas de control (1 ed) (pág. 46-59). Alicante, España: Ed ECU. Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/li b/unadsp/reader.action? ppg=69&docID=3213648&tm=15397526865 94

Compensadores en adelanto, compensadores en atraso, compensadores en adelanto-atraso 

Ñeco, R., Reinoso, O. & García, N. (2013). Diseño de sistemas continuos de control: Método del lugar de las raíces. En: Apuntes de sistemas de control (1 ed) (pág. 156171). Alicante, España: Ed ECU. Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/li



3. Análisis y diseño de sistemas de control mediante la respuesta en frecuencia y controladores PID      

Diagramas de Bode y Nyquist Respuesta en frecuencia de lazos de control Compensadores en adelanto Compensadores en atraso Compensadores en adelanto-atraso. Diseño de controladores PID mediante métodos de Ziegler-Nichols

b/unadsp/reader.action? ppg=179&docID=3213648&tm=1539791349 526 Bolívar, F.(2016). Compensador en adelanto por lgr [OVI]. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/10054

Estimado estudiante, a continuación usted podrá consultar los contenidos requeridos para la apropiación de los temas de la Unidad 3. Encontrará temas clave para desarrollar el trabajo de la tarea 3. Diagramas de Bode y Nyquist, respuesta en frecuencia de lazos de control, compensadores en adelanto, compensadores en atraso, compensadores en adelanto-atraso 



Ñeco, R., Reinoso, O. & García, N. (2013). Diseño de sistemas continuos de control: Método de respuesta en frecuencia. En: Apuntes de sistemas de control (1 ed) (pág. 179-201). Alicante, España: Ed ECU. Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/li b/unadsp/reader.action? ppg=202&docID=3213648&tm=1539753925 045 Arnáez, E. (2014). Análisis de sistemas de control en el dominio de la frecuencia. En: Enfoque práctico del control moderno: con aplicaciones en Matlab (1 ed) (pág 65-116). Lima, Perú: Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC). Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/li b/unadsp/reader.action?

ppg=66&docID=4184877&tm=15397095968 22 Diseño de controladores PID mediante métodos de Ziegler-Nichols 





Ñeco, R., Reinoso, O. & García, N. (2013). Diseño de sistemas continuos de control: Consideraciones sobre el diseño y acciones básicas de control. En: Apuntes de sistemas de control (1 ed) (pág. 134-145). Alicante, España: Ed ECU. Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/li b/unadsp/reader.action? ppg=157&docID=3213648&tm=1539753140 188 Muñoz, J., Muñoz, L. & Rivera, C. (2014). Sintonización de controladores PID. En: Control automático I: estrategias de control clásico (1 ed) (pág 183-202). Ibagué, Colombia: Sello editorial Universidad del Tolima. Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/li b/unadsp/reader.action? ppg=184&docID=4909273&tm=1539710683 748 Bolívar, F.(2016). Controladores PID [OVI]. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/10055

Recursos educativos adicionales para el curso: Unidad 1: 

Ogata, K. (2010). Análisis de la respuesta transitoria y estacionaria. En: Ingeniería de control moderna (5 ed) (pág. 159-183). Madrid, España: Ed



Pearson Ogata, K. (2010). Análisis de la respuesta transitoria y estacionaria. En: Ingeniería de control moderna (5 ed) (pág. 212-218). Madrid, España: Ed Pearson

Unidad 2: 

Ogata, K. (2010). Análisis y diseño de sistemas de control por el método del lugar de las raíces. En: Ingeniería de control moderna (5 ed) (pág. 308-342). Madrid, España: Ed Pearson

Unidad 3: 





Ogata, K. (2010). Análisis y diseño de sistemas de control por el método de la respuesta en frecuencia. En: Ingeniería de control moderna (5 ed) (pág. 491517). Madrid, España: Ed Pearson Ogata, K. (2010). Controladores PID y controladores PID modificados. En: Ingeniería de control moderna (5 ed) (pág. 568-577). Madrid, España: Ed Pearson Messner, B.,Tilbury, D. (2014). Control tutorials for Matlab and Simulink. University of Michigan. Recuperado de http://ctms.engin.umich.edu/CTMS/index.php?aux=Home

4. ESTRATEGIA DE APRENDIZAJE Descripción de la estrategia de aprendizaje: El aprendizaje basado en tareas es un modelo que transforma la enseñanza basada en el profesor a la enseñanza basada en el estudiante. El estudiante adquiere progresivamente responsabilidad con su aprendizaje a través de tareas propias de la profesión facilitando la motivación y el aprendizaje significativo (Jerez & Garófalo, 2012) El modelo promueve la organización del curso en función de una tarea final o un conjunto de tareas que guiarán la presentación de los diferentes contenidos. La

realización de dichas tareas requiere que los estudiantes adquieran una serie de conocimientos y habilidades que potencien y promuevan su desarrollo, tomando una posición activa en la construcción de sus conocimientos. Se potencia el aprender haciendo y el aprender a aprender. Las tareas están relacionadas con situaciones a las que el alumno se puede enfrentar en su vida profesional, preparándolo para su desempeño como profesional. El papel del profesor será el de facilitador y gestor del aprendizaje. La elaboración de la tarea está contemplada, según Nunan en tres fases llamadas: 





Pre-tarea: en este momento se requiere hacer una introducción al tema y la tarea. En esta etapa, el estudiante arma el andamiaje requerido para el desarrollo de su tarea: conocimientos, estrategias, y actividades. Algunas estrategias utilizadas para ellos son, la lluvia de ideas, la narración de experiencias, o la presentación de imágenes que traigan el tema a colación. Ciclo de la tarea: la tarea es realizada por los estudiantes individualmente o en grupos, dándole a cada uno la posibilidad de expresarse y hacer propuestas frente a la elaboración de la misma. El docente monitorea, invita y apoya a la participación, mas no da puntos de vista, corrige o cambia; ya que el propósito de esta etapa es que el estudiante se sienta en confianza para la construcción que realizará. Esta etapa conlleva a que el grupo haga una planeación de la tarea que realizará, teniendo en cuenta los recursos que necesitará, haciendo énfasis en la importancia de tener un producto claro, organizado y preciso. Post-tarea: finalmente, se entrega el producto de la tarea, de tal manera que se pueda socializar entre los diferentes grupos, para así comparar hallazgos, compartir realidades o intercambiar información. Es así, como se apoyará la construcción y negociación de significados que hace el estudiante a lo largo del proceso. Adicionalmente, es allí donde se hace el análisis del conocimiento nuevo adquirido.

5. DISTRIBUCIÓN DE LAS ACTIVIDADES ACADÉMICAS DEL CURSO Seman a 1y2

Contenidos a Actividad a desarrollar según la desarrollar estrategia de aprendizaje Conocimientos vistos en Pre-tarea: Actividad de presaberes cursos previos (Ecuaciones Diferenciales, Señales y Cada estudiante presentará un trabajo con el Sistemas, Sistemas desarrollo de preguntas y ejercicios

Dinámicos).

3-6

7 - 10

11 - 14

relacionados con temáticas previas y vistas en cursos anteriores (Ecuaciones Diferenciales, Señales y Sistemas, Sistemas Dinámicos). Podrán participar en el foro de la actividad para compartir dudas e inquietudes.

Unidad 1. Respuesta Tarea 1: Dinámica y estabilidad de sistemas transitoria y estacionaria continuos de sistemas dinámicos El grupo colaborativo analizará el  Introducción a los comportamiento de diferentes sistemas dinámicos continuos y realizará la Práctica 1. sistemas de control  Sistemas de primer orden  Sistemas de segundo orden  Sistemas de orden superior  Criterio de estabilidad de Routh – Hurwitz  Error en estado estacionario Unidad 2. Análisis y diseño Tarea 2: Análisis de LGR (Lugar Geométrico de sistemas de control de las Raíces) y diseño de compensador mediante el lugar geométrico de las raíces El grupo colaborativo analizará el lugar geométrico de las raíces de diferentes  Lugar geométrico de sistemas continuos, diseñará un las raíces de compensador por dicho método y realizará la Práctica 2. sistemas de control  Compensadores en adelanto  Compensadores en atraso  Compensadores en adelanto-atraso Unidad 3. Análisis y diseño Tarea 3: Diseño de controladores de sistemas de control

15 y 16

mediante la respuesta en El grupo colaborativo diseñará un frecuencia y controladores compensador por el método de respuesta en PID frecuencia, un controlador PID y realizará la Práctica 3.  Diagramas de Bode y Nyquist  Respuesta en frecuencia de lazos de control  Compensadores en adelanto  Compensadores en atraso  Compensadores en adelanto-atraso.  Diseño de controladores PID mediante métodos de Ziegler-Nichols Unidades 1, 2 y 3 Post-tarea: El grupo elaborará un artículo científico en formato IEEE con el análisis, la evaluación y las conclusiones de todos los compensadores y controladores diseñados a lo largo del curso.

6. ESTRATEGIAS DE ACOMPAÑAMIENTO DOCENTE Descripción de las estrategias de acompañamiento docente a utilizar en este curso.  Webconferencias: Inducción y re-inducción Una (1) ó dos (2) por cada Unidad Una para el componente práctico  Atención síncrona: Skype  Atención asíncrona:

 

Foros, correo interno, correo institucional Atención en centro (FAC) CIPAS – Círculos de Interacción y participación Académica y Social

7. PLAN DE EVALUACIÓN DEL CURSO Númer o de seman a 1-2 3-6 7-10 11-14 15-16

Momento s de la evaluació n Inicial Intermedi a Unidad 1 Intermedi a Unidad 2 Intermedi a Unidad 3 Final

Productos a entregar según la estrategia de aprendizaje Archivo individual con la solución de la pre tarea Archivo grupal con la solución de la tarea 1 Archivo grupal con la solución de la tarea 2 Archivo grupal con la solución de la tarea 3 Archivo grupal con la solución a la tarea final Puntaje Total

Puntaje máximo/500 puntos 25

Ponderaci ón/500 puntos 25 120

350

120 110

125 500 puntos

125 500 puntos