Universidad Pública de Navarra - Nafarroako Univertsitate Publikoa

Módulo/Materia

Módulo de Tecnologías Industriales / Tecnologías industriales avanzadas

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Descripción/Contenidos

La asignatura trata y relaciona contenidos de control, electrónica e instrumentación, y tiene un carácter marcadamente práctico.

En cuanto a la representación de sistemas, se aprenderá a simular modelos no lineales mediante Matlab y Simulink, incluyendo tanto dinámicas linealizables como no-linealidades abruptas (zona muerta de los motores).  Se trabajará en la linealización de modelos, de manera que cuando el estudiante se enfrente con un sistema no lineal sea capaz de obtener un modelo lineal con el que poder realizar análisis y diseño de sistemas de control.

En cuanto a las estrategias de control, además de trabajar con el PID clásico en la cadena directa de un bucle de realimentación, se estudiarán esquemas más potentes que supondrán añadir controladores en la realimentación, prealimentación, prefiltros, filtros para atenuar ruido de los sensores, o realizar un doble bucle de control. Se trabajará tanto el control analógico como el control digital y esquemas mixtos.

Las  estructuras de control estudiadas se aplicarán  al control de maquetas disponibles en el Laboratorio de Automática.  De esta manera el estudiante adquirirá experiencia en la utilización de la instrumentación apropiada, así como en la resolución de los problemas que surgen en los sistemas reales de control. Se estimarán modelos sencillos de las maquetas y sus sensores. Se diseñarán controladores y filtros analógicos que se implementarán mediante circuitos electrónicos con amplificadores operacionales (A.O.), estudiando los problemas asociados a este tipo de realización. Se diseñarán controladores digitales  que se implementarán  mediante un sistema de control en tiempo real programado en Labview y una tarjeta de adquisición de datos, estudiando asimismo las dificultades y problemas que plantea en la práctica el control digital.

Esta asignatura tiene su continuación natural en las asignaturas de la especialidad de Electrónica Industrial.

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Descriptores

Implementación de controladores y filtros analógicos mediante circuitos electrónicos.

Implementación de controladores digitales.

Control Avanzado.

Instrumentación.

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Competencias genéricas

CG1 - Capacidad para aplicar los aspectos científicos y tecnológicos de métodos matemáticos, analíticos y numéricos en la ingeniería, ingeniería eléctrica, ingeniería energética, ingeniería química, ingeniería mecánica, mecánica de medios continuos, electrónica industrial, automática, fabricación, materiales, métodos cuantitativos de gestión, informática industrial, urbanismo, infraestructuras, etc.

CG2 - Proyectar, calcular y diseñar productos, procesos, instalaciones y plantas.

CG8 - Aplicar los conocimientos adquiridos y resolver problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios y multidisciplinares.

CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio

CB9 - Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades

CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

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Competencias específicas

CMT7 - Capacidad para diseñar sistemas electrónicos y de instrumentación industrial.

CMT8 - Capacidad para diseñar y proyectar sistemas de producción automatizados y control avanzado de procesos.

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Resultados aprendizaje

R1. Saber representar matemáticamente sistemas continuos, discretos e híbridos.

R2. Saber analizar y diseñar sistemas de control digital.

R3. Conocer el controlador PID clásico y métodos de ajuste de sus parámetros.

R4. Ser capaz de diseñar e implementar un controlador PID clásico en un sistema de control en tiempo real. 

R5. Diseñar una etapa de conversión analógica-digital y digital-analógica

R6. Diseñar circuitos electrónicos analógicos de acondicionamiento de señal.

R7  Comprender el principio de funcionamiento de los convertidores de potencia.

R8. Caracterizar adecuadamente los diferentes sensores utilizados en sistemas de instrumentación.

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Metodología

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Idiomas

Castellano

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Evaluación

Para aprobar la asignatura deberán realizarse las prácticas y cumplir en tiempo y forma con las entregas que se soliciten. Así mismo, será necesario obtener una calificación media igual o superior a 5, y una calificación mínima de 4 en el examen teórico-práctico. En caso de que el promedio del examen y las entregas e informes sea igual o superior a 5, pero no se alcance la nota mínima en el examen, la calificación final será de 4,9.

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Temario

Tema 1. Simulación de sistemas lineales y no lineales mediante Matlab y Simulink. Modelos de rozamiento. Estimación del modelo de los motores del Laboratorio de Automática junto con los sensores de los que disponen y simulación de dichos modelos.  

Tema 2. Implementación del controlador  PID analógico mediante circuitos electrónicos con amplificadores operacionales (A.O.). Efecto de la saturación de  la salida de los A.O.. Efecto del comportamiento no ideal de los A.O. (voltaje de offset, corrientes de bias). Aplicación al control de velocidad y de posición de los motores. Efecto de la zona muerta. Efecto del ruido de los sensores. Necesidad de esquemas avanzados de control y de filtrado de las señales.  

Tema3. Diseño del PID digital: discretización del PID analógico y diseño en z. Elección del periodo de muestreo y problemas relacionados. Efecto de la resolución de los conversores A/D y D/A. Efecto de la utilización de PWM. Implementación del controlador PID digital en un sistema de control en tiempo real y aplicación al control de los motores.

Tema4. Esquemas avanzados de control: PID modificado. Controlador en la realimentación. Control realimentado con prefiltro. Control realimentado con prealimentación. Esquema general de control. Control con doble bucle. Aplicación al control de los motores.

Tema5. Linealización de modelos no lineales. Linealización del modelo del sistema Bola y Barra y simulación del  modelo no lineal y del linealizado. Diseño e implementación de un sistema de control para el Bola y Barra del laboratorio de Automática. Necesidad del control no lineal.

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.

Bibliografía básica

• Apuntes
• Manuales de las maquetas(disponibles en el Laboratorio de Automática)
• Manuales de Matlab (on line).
• B.C. Kuo, "Sistemas de Control Automático", 7ª edición, Prentice Hall Hispanoamericana.
• K. Ogata, Ingeniería de Control Moderna, Prentice-Hall
• E.J. Kennedy, Operational Amplifier Circuits, Theory and Applications, Holt, Rinehart and Winston

Bibliografía complementaria

• K. J. Åström y T. Hägglund, Control PID Avanzado, Pearson
• B.C. Kuo, "Digital Control Systems", Oxford University Press, 1992.

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Lugar de impartición

Aulario y Laboratorio de Automática (Edificio de los Pinos, segunda planta)

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