Universidad Pública de Navarra - Nafarroako Univertsitate Publikoa
Universidad Pública de Navarra
| Código: 244503 | Asignatura: CONTROL DIGITAL | ||||
| Créditos: 6 | Tipo: Obligatoria | Curso: 3 | Periodo: 1º S | ||
| Departamento: Ingeniería | |||||
| Profesorado: | |||||
| LERA CARRERAS, GABRIEL (Resp) [Tutorías ] | |||||
Módulo/Materia
Módulo de Tecnología Específica Electrónica Industrial (MTEEI) / Automática Industrial (M43)
Descripción/Contenidos
- Modulo I: Sistemas discretos, muestreados e híbridos
En este módulo se presenta el lazo simple de control digital y se estudia el efecto de la introducción del ordenador en dicho lazo. Se introducen los conversores A/D y D/A y se analizan las principales ventajas y desventajas de los sistemas de control digital frente a los de control analógico. Se presentan los distintos tipos de sistemas que aparecen en el lazo de control digital y se introducen las herramientas necesarias para su estudio (Transformada Z, Transformada Z modificada, ...)
- Modulo II: Análisis
Se introducen las técnicas necesarias para el estudio de la estabilidad y el comportamiento de los sistemas discretos en los dominios temporal y frecuencial. Se caracteriza el comportamiento de los sistemas discretos y muestreados, y se muestra como obtener un modelo discreto que verifique un conjunto de especificaciones. Se analiza el efecto del muestreo desde el punto de vista frecuencial, y el efecto que sobre una señal tiene el proceso de muestreo y retención mediante un Zero Order Hold.
- Modulo III. Diseño y síntesis de controladores
Se introducen técnicas de diseño de controladores digitales tanto por emulación de controladores analógicos como por diseño digital directo. Se presentan técnicas de síntesis de controladores, como el método de Truxal y el de asignación de polos. Se generalizan para el caso de sistemas de control con dos grados de libertad, de manera que se puedan obtener sistemas que cumplan determinadas especificaciones tanto para seguimiento de la referencia como para rechazo de perturbaciones.
Competencias genéricas
- CB1: Conocimientos en un área de estudio que incluye también aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo
- CB5: Habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía
- CG1: Capacidad para la redacción firma y desarrollo de proyectos
- CG2: Capacidad para la dirección de actividades objeto de los proyectos
- CG3: Conocimiento en materias básicas y tecnológicas
- CG4: Capacidad para resolver problemas
- CG5: Conocimientos para la realización de mediciones, cálculos, etc.
Competencias específicas
- CEI7: Conocimiento y capacidad para el modelado y simulación de sistemas.
- CEI8: Conocimientos de regulación automática y técnicas de control y su aplicación a la automatización industrial.
- CEI10: Conocimiento aplicado de informática industrial y comunicaciones.
- CE8: Conocimiento de los principios de la regulación automática y su aplicación a la automatización industrial
Resultados aprendizaje
- R1: Conocer las ventajas e inconvenientes del control digital frente al analógico.
- R2: Conocer los fundamentos de control digital.
- R3: Analizar sistemas lineales muestreados estudiando su estabilidad y su comportamiento tanto en régimen transitorio como permanente.
- R4: Utilizar las técnicas básicas de diseño de controladores lineales digitales.
| Resultado de aprendizaje | Contenido | Actividad Formativa | Instrumento de evaluación |
| Conocer las ventajas e inconvenientes del control digital frente al analógico | Módulo I | A-1, A-7 | Test |
| Conocer los fundamentos de control digital | Módulos I, II y III | A-1,A-2,A-5,A-6,A-7,A-8 | Test, Examen de problemas |
| Analizar sistemas lineales muestreados ... | Módulo II | A-1,A-2,A-5,A-6,A-7,A-8 | Test, Examen de problemas |
| Utilizar las técnicas básicas de diseño ... | Módulo III | A-1,A-2,A-5,A-6,A-7,A-8 | Test, Examen de problemas |
Metodología
La asignatura ¿Control Digital¿ tiene carácter teórico-práctico, combinando clases magistrales, clases prácticas y aprendizaje autónomo por parte del estudiante.
Las clases magistrales consistirán en la explicación teórica de los aspectos fundamentales de cada tema, así como la resolución de dudas y cuestiones planteadas por los alumnos a partir de su aprendizaje autónomo de cada tema. Las clases prácticas serán de dos tipos: simulación usando un paquete de software especializado en sistemas dinámicos y su control y con sistemas reales usando maquetas con componentes industriales donde los alumnos podrán comprobar el alcance de los conocimientos teóricos adquiridos.
Para comprender la asignatura y obtener un rendimiento adecuado de la misma, será necesario que el alumno lleve a cabo un trabajo continuado alrededor de las siguientes actividades:
- Asistir a clase regularmente.
- Realizar una lectura reflexiva y un estudio profundo del material que se aporte o indique en cada tema.
- Realizar los ejercicios, casos y trabajos que se propongan a lo largo del curso.
- Participar activamente de cuantas discusiones surjan en clase.
- Preparar adecuadamente las clases prácticas a partir del material que se le proporciona.
- Consulta de dudas surgidas en el estudio de la materia en los horarios dispuestos por el profesor a tal efecto.
Como complemento docente se utilizará ¿MiAulario¿, una herramienta que facilita la comunicación entre los estudiantes y el profesor. A través de él se indicará el calendario de las diferentes actividades de la asignatura, se podrá acceder al material docente y se utilizará para el envío de los trabajos solicitados en clase, etc.
| Metodología - Actividad | Horas Presenciales | Horas no Presenciales |
| A-1 Clases teóricas | 44 | |
| A-2 Prácticas | 16 | |
| A-3 Debates, puestas en común, tutoría grupos | ||
| A-4 Elaboración de trabajo | ||
| A-5 Lecturas de material | 10 | |
| A-6 Estudio individual | 65 | |
| A-7 Exámenes, pruebas de evaluación | 10 | |
| A-8 Tutorías individuales | 5 | |
| ... | ||
| Total | 75 | 75 |
Evaluación
| Resultados de aprendizaje |
Actividad de evaluación |
Peso (%) | Carácter recuperable |
Nota mínima requerida |
|---|---|---|---|---|
| R3, R4 | Pruebas e informes de trabajo experimental | 20 | No | |
| R1, R2, R3 | Pruebas de duración corta para la evaluación continua - Examen tipo test | 60 | Sí | 4 |
| R3, R4 | Pruebas de Respuesta Larga- Examen de Problemas | 20 | Sí | 4 |
A lo largo del curso se realizarán pruebas de corta duración para la evaluación continua, en las que el alumno podrá demostrar que ha adquirido los conocimientos previstos. Se realizarán al finalizar cada uno de los módulos, cuya duración aproximada será de un mes, pudiendo variar de acuerdo con los cambios del calendario académico. El peso de cada prueba será del 20%. Dichas pruebas son recuperables y en cada una de ellas debe alcanzarse la calificación mínima especificada.
En cuanto a las prácticas, se realizará un examen final en el laboratorio en el que el alumno mostrará su dominio práctico de los conocimientos adquiridos durante el curso. El examen de prácticas será no recuperable y su peso en la calificación final es del 20%.
Al finalizar el semestre se realizará un examen escrito en el que se evaluará la capacidad del estudiante de abordar el diseño de un sistema de control digital. No se evalúan contenidos teóricos sino que se trata de estudiar un problema de control simplificado en el que deban emplear los conocimientos aprendidos para su análisis y para el diseño de controladores apropiados. El peso en la calificación final es del 20%. Aquellos alumnos que no hayan superado las pruebas de evaluación continua tendrán ocasión de recuperarlas en ese momento.
En función del número de estudiantes, el profesor podrá substituir el examen de prácticas y el de problemas por un proyecto final de curso en el que se deberán acreditar los resultados de aprendizaje relacionados con ambas pruebas. El trabajo tendrá carácter recuperable y requerirá una calificación mínima de 4. El peso sobre la calificación final será equivalente al de las dos pruebas a las que substituiría. La recuperación consistiría en la subsanación de las deficiencias encontradas en el proyecto presentado. Si el profesor opta por esta vía, debe indicarlo con antelación suficiente para que sea factible la realización del proyecto.
Se calculará la calificación global, de acuerdo con las ponderaciones anteriormente expuestas, a los estudiantes que hayan obtenido una calificación no inferior a la mínima en todas las pruebas recuperables. Si la calificación global no es inferior a 5 habrán superado la asignatura.
Acabado el curso, de acuerdo con la Normativa Reguladora de los Procesos de evaluación de la Universidad Pública de Navarra, se realizará una prueba de evaluación de recuperación. En esta prueba se podrán recuperar todas las pruebas salvo las de trabajo experimental. A esta prueba se podrán presentar todos los alumnos que no hayan superado la asignatura con las pruebas anteriores, así como aquellos que habiéndolas superado deseen tener la oportunidad de mejorar sus calificaciones.
Finalmente se recalculará la calificación global, de acuerdo con las ponderaciones, a todos los estudiantes. Esa será la calificación final, salvo que sea no inferior a 5 y que en alguna de las pruebas recuperables no se haya alcanzado la calificación mínima, en cuyo caso la calificación final será de 4,9.
Temario
Módulo I: Sistemas discretos, muestreados e híbridos
Tema 1. El Control por Computador.
El control por computador: Bucle elemental de control digital. Ventajas e inconvenientes del control por computador. Tipos de señales. Cuantización. Muestreo de la señal continua. Reconstrucción de la señal continua: Retenedor de orden cero.
Tema 2. Transformada Z.
Secuencias y Transformada Z. Propiedades. Transformada Z inversa. Función de Transferencia Discreta.
Tema 3. Sistemas discretos y muestreados.
Sistemas discretos y muestreados. Retenedores.
Tema 4. Sistemas híbridos y sus representaciones.
Sistemas híbridos. Representación discreta y continua. Diagramas de bloques. Comportamiento entre muestras.
Módulo II: Análisis.
Tema 5. Estabilidad y régimen permanente
Definición. Estabilidad y polos de la Función de Transferencia Discreta. Criterios de estabilidad: transformación bilineal y criterio de Routh, criterio de Jury. Estabilidad de un sistema continuo y de su modelo discretizado. Secuencia de error. Precisión de sistemas discretos realimentados: errores estándar en régimen permanente y coeficientes estáticos de error.
Tema 6. Respuesta temporal: régimen transitorio.
Relación entre los polos de la Función de Transferencia Discreta y la respuesta transitoria. Relación entre el plano-z y el plano-s. Sistemas de primer y segundo orden: Parámetros característicos ante entrada escalón. Respuesta de tiempo finito. Cancelaciones. Modelos de interpolación.
Tema 7. Muestreo y reconstrucción: estudio frecuencial.
Espectro de Fourier de una señal muestreada. Teorema del muestreo, "Aliasing" e influencia del ruido. Filtro reconstructor ideal. Función de Transferencia frecuencial del retenedor de orden cero.
Tema 8. Respuesta frecuencial de sistemas discretos y discretizados
Función de Transferencia frecuencial de los sistemas discretos y discretizados. Función de Transferencia en el plano W. Diagramas de Bode.
Módulo III. Diseño y síntesis de controladores
Tema 9. Diseño de controladores digitales vía diseño continuo.
Introducción: Realizabilidad de un controlador digital. Especificaciones de comportamiento y elección del periodo de muestreo. Diseño de controladores digitales vía diseño continuo: presentación del método y condiciones de validez del mismo. Discretización de un controlador continuo.
Tema 10. Diseño de controladores digitales en el plano-z.
Consideraciones básicas. Método del Lugar de las Raíces y Bode. Métodos analíticos de síntesis. Sistemas de dos grados de libertad
Programa de prácticas experimentales
- Práctica 0: Introducción a Scilab
- Práctica 1: Muestreo y reconstrucción. Aliasing
- Práctica 2: Simulación de sistemas híbridos
- Práctica 3: Otras estructuras de control
- Práctica 4: Simulación sistemas con perturbación
- Práctica 5: Respuesta frecuencial
- Práctica 6: Discretización de controladores analógicos
Bibliografía
Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.
Bibliografía básica:
- K. J. Aström, B. Wittenmark, ¿Computer controlled Systems¿, 3ª edición, Prentice Hall, 1997
- G.F. Franklin, J.D. Powell, M.L. Workman, "Digital Control of Dynamic Systems", 2ª edición, Addison Wesley, California, 1998.
- N. S. Nise, "Control Systems Engineering", 6ª edición, John Wiley & Sons
Bibliografía complementaria:
- Raymond G. Jackot, "Modern Digital Control Systems", 2ª edición, Marcel Dekker, inc. New York, 1995.
- J. Ackermann, ¿Sampled-Data Control Systems¿, Springer-Verlag, 1985
- K. Ogata, "Sistemas de Control en Tiempo Discreto", 2ª edición, Prentice-Hall Hispano Americana, 1996.
- B. Kuo, "Sistemas de Control Automático", Prentice Hall Hispano Americana, México, 1996.