Universidad Pública de Navarra - Nafarroako Univertsitate Publikoa

Esta asignatura es el primer contacto con la Electrónica y la Automática de los estudiantes del Grado en 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.

Fundamentos de electrónica. Fundamentos de automática.

Competencias genéricas a adquirir por el estudiante:

CG1,CG2,CG3,CG4,CG5,CG10

Competencias específicas a adquirir por el estudiante:

CC5,CC6

Metodología - Actividad	Horas Presenciales	Horas no presenciales
A-1 Clases expositivas/participativas	45
A-2 Prácticas	15	15
A-3 Debates, puestas en común, tutoría grupos
A-4 Elaboración de trabajo		14
A-5 Lecturas de material
A-6 Estudio individual		55
A-7 Exámenes, pruebas de evaluación	6
A-8 Tutorías individuales
Total	66	84

 

Aspecto	Criterios	Instrumento	Peso
Evaluación competencias CC5, CC6, CG1, CG2, CG3, CG4, CG5	Comprensión de conocimientos teóricos y prácticos Asistencia y participación activa en clase	Examen teórico-práctico Pequeñas pruebas durante las clases. Nota mínima:5/10	75%
Evaluación competencias CC5, CC6, CG1, CG2, CG3, CG4, CG5	Aplicación de los conocimientos teóricos en la práctica.	Exámen práctico en laboratorio y evaluación de trabajos.Control de firmas. Asistencia obligatoria. No recuperable.	25%

 

 

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. (2h)

            ¿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 (12h)

            ¿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 (6h)

            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

Estados, entradas y salidas

Diagramas de bloques

Realimentación y prealimentación

Lazo abierto y lazo cerrado

Realimentación positiva y negativa

Perturbaciones y ruido

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

Funciones de transferencia y diagramas de bloques (Laplace)

Álgebra de bloques

 

T7.- Análisis de sistemas en el dominio del tiempo (8h)

Señales normalizadas para el análisis de sistemas

Estabilidad de un sistema LTI

Estabilidad de sistemas simples

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

Cálculo de errores en estado estacionario

Tipo de sistema y errores

El lugar de raíces

Condiciones de ángulo y magnitud

 

T8.- Análisis de sistemas en el dominio de la frecuencia (4h)

Respuesta frecuencial

Diagrama de Bode

Factores básicos

Estabilidad relativa

Margen de fase y margen de ganancia

Frecuencia de corte y ancho de banda

 

T9.- Acciones de control básicas. Controladores PID. (4h)

Estructuras básicas de control

Acciones de control en un PID

Adelanto de fase

Retraso de fase

Primer método de Ziegler-Nichols

Segundo método de Ziegler-Nichols

 

 

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.- Análisis de sistemas en el dominio del tiempo. Dominancia. Estabilidad. (2h)

P5.- Análisis en el dominio de la frecuencia (2h)

P6.- Diseño del controlador para el sistema de control de temperatura. (1h)

P7.- Diseño de un controlador para una aplicación real (3h)

- Material de la asignatura (disponible en el sitio de la asignatura en MiAulario)

- 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. 5ª edición, Prentice-Hall, 1997.

- 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.

- 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.

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

 

 

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

 

 

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, 2^nd edition, John Wiley & Sons, 2000

 

 

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

 

 

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

 

 

C. Pérez, Matlab^® y sus Aplicaciones en las Ciencias y la Ingeniería, Pearson, 2002