Módulo/Materia
Módulo: Formación Común (MFC)
Materia: Electrónica y Automática (M24)
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Descripción/Contenidos
Esta asignatura es el primer contacto con la Electrónica y la Automática de los estudiantes del Grado en Ingeniería en Diseño Mecánico. Está prevista para ser impartida en el cuarto semestre, después de la asignatura Ingeniería Eléctrica (tercer semestre), cuyo contenido es fundamental para la parte de electrónica de esta asignatura. Por ello, pretende mostrar al estudiante qué es la Electrónica, qué es la Automática y para qué sirven. Así, se recogen los fundamentos de circuitos electrónicos para poder entender el funcionamiento básico de los bloques constructivos de elementos más complejos, tanto en el campo de la electrónica analógica como en el campo de la electrónica digital. Del mismo modo, se explican los conceptos básicos de la teoría de control, haciendo hincapié en el de realimentación. También se describen los elementos de un sistema de control, y se enseñan técnicas clásicas de análisis de los mismos, tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia. Por último, se presentan las acciones de control básicas, y su efecto sobre el comportamiento del sistema controlado. Es importante destacar que se pretende ver tanto los aspectos comunes como independientes de ambas disciplinas. También cabe remarcar, el especial hincapié de la asignatura en su visión más práctica. Finalmente, con esta asignatura se pretende tanto asentar las bases para posteriores profundizaciones en la temática con posibles asignaturas optativas, así como presentar a los alumnos que no cursen estas asignaturas una visión sencilla pero sólida de la temática mencionada.
En particular se pretende que los alumnos conozcan los siguientes hitos:
- Introducción a las tareas que actualmente afronta la electrónica.
- Dispositivos fundamentales.
- Análisis funcional de circuitos de señal, tanto analógicos como digitales.
- Descripción funcional de equipos de potencia.
- Ejemplos prácticos de integración en aplicaciones concretas de circuitos de señal y de potencia.
- Representación externa de sistemas dinámicos lineales.
- Análisis en el dominio del tiempo
- Análisis en el dominio de la frecuencia
- Diseño de lazos de control simples
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Descriptores
Fundamentos de electrónica
Fundamentos de automática
Para el adecuado seguimiento y aprovechamiento de la asignatura se requiere un conocimiento base de física y electricidad. En el presente grado, dicho conocimiento se adquiere en las asignaturas "Ampliación de física" e "Ingeniería eléctrica"
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Competencias genéricas
Competencias genéricas a adquirir por el estudiante:
CG1,CG2,CG3,CG4,CG5,CG10
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Competencias específicas
Competencias específicas a adquirir por el estudiante:
CC5,CC6
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Resultados aprendizaje
Al finalizar el curso, el estudiante debe ser capaz de:
R01.- Conocer los componentes electrónicos fundamentales.
R02.- Saber desglosar un problema en bloques funcionales de fácil implementación con circuitos electrónicos.
R03.- Saber analizar circuitos electrónicos.
R04.- Entender y conocer las cualidades y limitaciones básicas de los circuitos analógicos, digitales y de potencia.
R05.- Saber integrar una solución mixta, analógica y digital, para la implementación electrónica de una aplicación industrial particular.
R06.- Manejar equipamiento de laboratorio propio del campo de la electrónica.
R07.- Describir los elementos de un sistema de control y su función.
R08.- Modelizar y analizar el comportamiento de sistemas lineales y caracterizar el régimen transitorio y el permanente.
R09.- Modelizar el comportamiento de sistemas complejos a partir de sus elementos constituyentes.
R10.- Establecer los objetivos del sistema de control a partir de las especificaciones de comportamiento, tanto para seguimiento de la referencia como para rechazo de perturbaciones.
R11.- Comprender los beneficios de la realimentación, y conocer las herramientas de análisis de sistemas realimentados.
R12.- Realizar ajustes sencillos en controladores clásicos.
R13.- Manejar un software de simulación y control.
R14.- Simular sistemas dinámicos tanto en lazo abierto como cerrado, y analizar los resultados.
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Metodología
Resumen de Actividades
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Metodología - Actividad
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Horas Presenciales
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Horas no presenciales
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A-1 Clases expositivas/participativas
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45
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A-2 Prácticas
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15
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15
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A-3 Debates, puestas en común, tutoría grupos
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A-4 Elaboración de trabajo
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14
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A-5 Lecturas de material
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A-6 Estudio individual
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57
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A-7 Exámenes, pruebas de evaluación
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4
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A-8 Tutorías individuales
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Total
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64
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86
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Idiomas
Castellano e Inglés
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Evaluación
| Resultado de aprendizaje |
Sistema de evaluación |
Peso (%) |
Carácter recuperable |
| R01, R02, R03, R04, R05. |
Prueba escrita |
18.75 Nota mínima para que pondere en calificación final = 5/10 |
Sí |
| R01, R02, R03, R04, R05. |
Prueba escrita |
18.75 Nota mínima para que pondere en calificación final = 5/10 |
Sí |
| R01, R03, R06. |
Examen de prácticas |
12.5 |
No |
| R07, R08, R09. |
Prueba de respuesta corta |
18.75 Nota mínima para que pondere en calificación final = 5/10 |
Sí |
| R10, R11, R12. |
Prueba de respuesta corta |
18.75 Nota mínima para que pondere en calificación final = 5/10 |
Sí |
| R13, R14. |
Examen de prácticas |
12.5 |
No |
A.- Actividades de evaluación continua.
Se realizarán cuatro pruebas parciales a lo largo del curso, cada una ellas asociada a uno de los apartados del temario. Se requiere una calificación superior a 5 en todas ellas para poder superar la asignatura. La media de las cuatro calificaciones obtenidas tendrá un peso del 75% en la calificación final de la asignatura.
B.- Prácticas.
Las prácticas son evaluadas en función del trabajo desarrollado antes de y durante las sesiones de prácticas, y la calificación obtenida supone un 25% de la nota final de la asignatura. La asistencia a todas y cada una de las sesiones es obligatoria y como tal es condición indispensable para la superación de la asignatura.
Evaluación de Recuperación:
Se podrán recuperar las partes no superadas del apartado A (actividades de evaluación continua) respondiendo a las preguntas correspondientes en la convocatoria extraordinaria.
En caso de obtener una media igual o superior a 5, pero no satisfacer alguno de los requerimientos expuestos anteriormente, la calificación final será de 4.9.
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Temario
TEORÍA
T1.- Introducción (1h)
Introducción a la electrónica
T2.- Conceptos básicos y necesidades (2h)
Breve descripción de la teoría de circuitos, diferencias entre elementos lineales y no lineales, tipos de señales, generadores de señales, unidades, elementos básicos, leyes básicas¿
En este tema se incluirá un circuito sencillo para el control de una aplicación real, por ejemplo un controlador de temperatura o luminosidad. Este circuito, que denotamos como C1, nos dará un vínculo de unión con la parte de Automática y con el temario que vamos a ir desarrollando.
T3.- El diodo. (5h)
¿Qué hay en C1 relacionado con este tema?
Funcionamiento del diodo, diodo Led y fotodiodo.
Análisis hojas de características.
Aplicaciones de interés: Puente de diodos y estabilización con LM7805.
Ejercicios sencillos.
Análisis de la parte de C1 en relación al tema.
T4.- El transistor MOSFET y BJT (10h)
¿Qué hay en C1 relacionado con este tema?
Funcionamiento del transistor MOSFET y BJT; Modelos de funcionamiento.
Aplicaciones analógicas y digitales.
Análisis hojas de características.
Ejercicios sencillos.
Análisis de la parte de C1 en relación al tema.
Transistores de potencia y diseño de radiadores.
T5.- El AO (5h)
Presentación del AO y de su funcionamiento sin realimentación (comparador) y con realimentación (amplificador).
Análisis hojas de características.
Ejercicios sencillos
Análisis de la parte de C1 en relación al tema.
T6.- Introducción a los sistemas de control (7h)
Sistemas y modelos
Lazo abierto y lazo cerrado
Ejemplos clásicos de sistemas de control
Modelado de sistemas mecánicos, eléctricos y térmicos
Transformada de Laplace
La función de transferencia
Polos y ceros de la función de transferencia
Diagramas de Bloques
T7.- Análisis de sistemas en el dominio del tiempo (6h)
Señales normalizadas para el análisis de sistemas
Estabilidad de sistemas lineales
Estabilidad y polos de la función de transferencia
Respuesta transitoria y estado estacionario
Parámetros de la respuesta escalón
Respuesta escalón de sistemas de primer orden
Respuesta escalón de sistemas de segundo orden
Dinámicas dominantes
T8.- Análisis de sistemas en el dominio de la frecuencia (4h)
Respuesta frecuencial
Diagrama de Bode
Factores básicos
T9.- Sistema realimentados. Acciones de control básicas. Controladores PID. (6h)
Propiedades de la realimentación
Acciones proporcional, integral y derivativa
Introducción al lugar de raíces
Análisis de estabilidad en el diagrama de Bode
Cálculo de errores en estado estacionario
Tipos de sistemas realimentados
PRÁCTICAS
P1.- Manejo instrumentación y circuitos con diodos y diodos led. (3h)
P2.- Circuitos con AO. (2h)
P3.- Introducción a Matlab y Simulink Representación y simulación de sistemas. (2h)
P4.- Introducción a Matlab. Respuesta temporal. (2h)
P5.- Dominancia y cancelación. Respuesta frecuencial. (2h)
P6.- Sistemas en lazo cerrado. Diseño de controladores. (2h)
P7.- Diseño de un controlador para una aplicación real (2h)
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Bibliografía
Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.
Bibliografía básica
- Material de la asignatura (disponible en el sitio de la asignatura en MiAulario)
General de Electrónica
- A. Sedra and K. C. Smith,
Microelectronic Circuits, 6ª edition, Oxford Univ. Press, 2010.
- A. R. Hambley,
Electronics. Second Edition, Prentice-Hall, 2000.
- J.David Irwin.
Análisis básico de circuitos en ingeniería. 5
ª edición, Prentice-Hall, 1997.
General de Automática
- B. Kuo, Sistemas de control automático, 7ª edición, Prentice Hall, México, 1996.
-
R. C. Dorf y
R. H. Bishop, Sistemas de control moderno, 10ª edición, Pearson, Madrid, 2005.
- K. Ogata, Ingeniería de control moderna, 5ª edición, Pearson, Madrid, 2010.
Bibliografía complementaria
General de Electrónica
- Norbet R. Malik,
Electronic Circuits.
Analysis, Simulation & Design. Ed.: Prentice-Hall 1995.
- D. A. Neamen,
Electronic Circuit Analysis and Design, 2ª edicion, MacGraw-Hill, 2000.
- R. C. Jaeger y T. N. Blablock,
Microelectronic Circuit Design, Second Edition, McGraw-Hill, 2004.
- A. Malvino y D.J. Bates,
Principios de Electrónica. 7ª edición, McGraw-Hill, 2007.
- K. C. Smith,
KC¿s Problems for Microelectronic Circuits. Fourth Edition, Oxford Univ. Press, 1998.
-Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits. Anant Agarwal, and Jeffrey Lang, Ed.:Morgan Kaufmann, 2005.
General de Automática
J. B. Galván Herrera,
Control Analógico de Sistemas Lineales, Ulzama Digital, Pamplona
L. Moreno, S. Garrido y C. Balaguer,
Ingeniería de control, Modelado y control de sistemas dinámicos, Ariel, 2003
J.J. D¿azzo y C.H. Houpis,
Linear
Control System Analysis and Design with Matlab, Marcel Dekker, 2003
G. C. Goodwin, S. F. Graebe y M. E. Salgado,
Control System Design, Prentice-Hall, 2001
G. F. Franklin, J. D. Powell y A. Emani-Naeini,
Control de Sistemas Dinámicos con Retroalimentación, Addison-Wesley Iberoamericana, 1991
C. L. Phillips y R. D. Harbor,
Feedback Control Systems, Prentice-Hall, 1988
Introducción a la teoría de control
K. J. Åström y R. M. Murray,
Feedback Systems, An introduction for Scientists and Engineers, Princeton University Press, 2008
P. Albertos e I. Mareels,
Feedback and Control for Everyone, Springer, 2010
Modelado y simulación
R. L. Woods y K.L. Lawrence,
Modelling and simulation of dynamic systems, Prentice-Hall, 1997
W. J. Palm,
Modelling, Analysis and Control of Dynamic Systems, 2nd edition, John Wiley & Sons, 2000
Control de procesos
F. G. Shinskey,
Process Control Systems,
McGraw-Hill, 1996
C.A.Smith y A.B.Corripio
, Control Automático de Procesos, Limusa, 2006.
G. Stephanopoulos,
Chemical Process Control
, Prentice Hall, 1984
Control PID
K. J. Åström y T. Hägglund,
Control PID Avanzado, Pearson, 2009
K. J. Åström y T. Hägglund,
PID Controllers: Theory, Design and Tuning, ISA, 1995
Matlab
C. Pérez,
Matlab® y sus Aplicaciones en las Ciencias y la Ingeniería, Pearson, 2002
H. Klee, Simulation of Dynamic Systems with MATLAB® and Simulink®, CRC Press, 2007
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Lugar de impartición
Aulario, Laboratorio de Electrónica, Aula de Ordenadores
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