101321 - CONTROL DIGITAL DE SISTEMAS

Tipo de asignatura: obligatoria

Coordinador: Julián Horrillo Tello

trimestre: Segundo trimestre

Créditos: 6

Aunque la lengua de comunicación de la asignatura es el catalán, no se descarta el uso de otras lenguas que el Tecnocampus, por normativa, acepta: el inglés y el castellano. El estudiante puede utilizarlo sin ninguna restricción.

Esta asignatura trata del estudio analítico de los modelos de sistemas físicos, en forma de funciones de transferencia y de la aplicación de control en lazo cerrado a los sistemas con el fin de cumplir especificaciones temporales o frecuenciales, según criterios preestablecidos. Todo esto se hará mediante el diseño y la incorporación de controladores digitales.

Es recomendable haber cursado la asignatura de control industrial. 

Al terminar la asignatura, el estudiante:

1. Es capaz de llevar a cabo el análisis de sistemas físicos complejos. (CE26)
2. Construye modelos matemáticos de forma escalada a partir de sistemas reales. (CE25)
3. Diseña controladores a partir de especificaciones o demandas del usuario. (CE25, CE26)
4. Usar simuladores digitales en el proceso de validación de los modelos y controladores. (CE25)
5. Conoce y usa técnicas avanzadas en el control de procesos. (CE26)

La asignatura consta de cuatro horas semanales de sesiones con el grupo grande y dos horas semanales de tipo práctico, que se harán en los laboratorios correspondientes, con el grupo pequeño. En los laboratorios los estudiantes trabajarán en equipos de dos o tres personas.

El grupo grande trabajará en el aula donde habrá sesiones de tipo expositivo por parte del profesor y sesiones de trabajo en grupos parciales y puesta en común.

Los alumnos dispondrán de documentación para seguir la asignatura del tipo: ejercicios propuestos y resueltos, gráficas y tablas de especificaciones y manuales de usuario de sistemas y programas.

Los alumnos tendrán que dedicar un tiempo adicional no presencial, muy superior al presencial, a la preparación de ejercicios, prácticas y pruebas escritas y/u orales que, en ocasiones, deberán llevarse a cabo conjuntamente dentro de un equipo con otras personas.

1-Introducción al Análisis y Modelización de sistemas analógicos (variable continua). Modelos matemáticos. Simulación.

1.1 Modelización de sistemas eléctricos, mecánicos e hidráulicos.

1.2 Transformada de Laplace.

1.3 Funciones de Transferencia de sistemas de variable continua.

1.4 Diagramas de bloques. Graf de flujo de señal. Graf de transición de estado.

1.5 Sistemas en lazo cerrado. Elementos funcionales del lazo.

1.6 Linealización de sistemas no lineales.

1.7 Herramientas de análisis y simulación de sistemas dinámicos. Utilización del entorno Matlab-Simulink.

2-Sistemas lineales en tiempo discreto. Modelos matemáticos de sistemas discretos.

2.1 Sistemas con mostrador. Mostrador ideal. Teorema del Muestreo.

2.2 Sistemas con tiempo discreto y con amplitud discreta. Reconstrucción de señales. Retenedor de orden cero.

2.3 Ecuaciones en diferencias. Transformada Z. Propiedades. Funciones de transferencia de impulsos.

2.4 Bloques con mostradores en serie.

2.5 Obtención de funciones de transferencia de impulsos para sistemas en lazo cerrado.

3-Respuesta temporal de sistemas en tiempo discreto. Herramientas CACSD - Computer-Aided Control Systems Design (diseño de sistemas de control asistido por computador) .

3.1 Respuesta temporal para sistemas discretos. Herramientas CACSD.

3.2 Transformación del plano s al plano z.

3.3 Especificaciones temporales para sistemas en tiempo discreto, correspondencia entre sistemas continuos y discretos, ubicación de los polos en los dos planes para sistemas de segundo orden. Caso de sistemas de orden superior.

3.4 Error estático para sistemas discretos en lazo cerrado. Coeficientes de error estático.

4-Estudio de la estabilidad de sistemas en tiempo discreto. Lugar geométrico de las raíces (LGA). Métodos frecuenciales .Herramientas CACSD.

4.1 Análisis de la estabilidad en el plano z.

4.2 Transformación bilineal. Plan w.

4.3 Análisis utilizando el Sitio Geométrico los Raíces (LGA),

4.4 Métodos frecuenciales. Especificaciones en el dominio de la frecuencia. Criterio de Nyquist. Trabajo con y sin Transformación bilineal. Margen de Fase y Margen de Ganancia.

4.5 Diseño con el LGA Utilización de herramientas CACSD. Sistemas con retraso puro, modelización por el caso discreto. Estabilidad.

5-Diseño de controladores digitales

5.1 Diseño de controladores de avance y de retraso para sistemas continuos y para sistemas discretos utilizando el plan w, con especificaciones frecuenciales. Cálculos, según especificaciones en régimen permanente, de estabilidad y de rapidez. En caso de avance, de retraso y PID; procedimientos de diseño. Para los controladores digitales, equivalencia entre las ecuaciones en diferencias y las funciones de transferencia en z.

5.2 Diseños de controladores digitales tipo PID. Ecuaciones en diferencias y funciones de transferencia en z de PID 's según diferentes estructuras. Sintonía empírica y sintonía analítica, especificaciones de tipo frecuencial, para la estabilidad.

5.3 Controladores analíticos. Controladores por asignación de polvo. Cuando se pueden realizar estos controladores. Controladores de Tiempo Mínimo.

5.4 Implementación física de controladores digitales mediante sistemas de adquisición de datos trabajando en tiempo real. Control Digital Directo.

Prácticas (grupo pequeño)

Actividad 1: P1 Modelización de sistemas a partir de la respuesta experimental de un sistema físico y de los datos obtenidos de la salida de ese sistema con el uso de una tarjeta de adquisición con el Real Time Workshop de Matlab. [Relacionada con las Competencias CB5, y E25; Evidencia del Resultado de Aprendizaje 2].

Actividad 2: P2 Control digital de sistemas. Aplicación al modelo obtenido en la P1. Implementación de diferentes estructuras tipo PID digital, sintonía empírica, estudio de los cambios en la respuesta según el Tiempo de Muestreo. Utilización de una tarjeta de adquisición y salida de datos con el Real Time Workshop de Matlab.[Relacionada con las Competencias CB5 y E26 y YY; Evidencia del Resultado de Aprendizaje 1,3 y 5].

Actividad 3: P3 Control digital de sistemas. Aplicación al mismo sistema anterior, implementando en este caso controladores diseñados por métodos frecuenciales: Avance/retraso y PID analítico. Utilización de una tarjeta de adquisición y salida de datos con Real Time Workshop de Matlab.[Relacionada con las Competencias CB5 y E26; Evidencia del Resultado de Aprendizaje 1, 3 y 5].

Actividad 4: P4 Control digital de sistemas. Aplicación al mismo sistema anterior, implementando en este caso controladores de tipo analítico: Asignación de Polvo y Tiempo Mínimo. Implementación de este controlador con Real Time Workshop y la tarjeta de adquisición y salida de datos.[Relacionada con las Competencias CB5 y E26; Evidencia del Resultado de Aprendizaje 1, 3 y 5].

Las prácticas están relacionadas con los contenidos teóricos de la asignatura, y tienen como finalidad complementar y reforzar los conceptos y habilidades adquiridos en la parte teórica.

Actividad 5: PRIMER EXAMEN

Prueba escrita de evaluación de los contenidos desarrollados en los temas 1,2,3 y parte del 4. [Relacionada con las Competencias CB5 y E25; Evidencia del Resultado de Aprendizaje 1, 3 y 4].

Actividad 6: SEGUNDO EXAMEN

Prueba escrita de evaluación de los contenidos desarrollados en los temas 1,2,3, 4, 5 y prácticas. [Relacionada con las Competencias CB5, E25 y E26; Evidencia del Resultado de Aprendizaje 1, 3, 4 y 5].

Actividad 7: Ejercicios de aprendizaje autónomo

Ejercicios para entregar; para echar de las sesiones ordinarias. [Relacionada con las Competencias CB5, E25 y E26; Evidencia del Resultado de Aprendizaje 1, 3, 4 y 5].

Condiciones de la Evaluación:

Nota Final = 0.7 Nota Exámenes + 0.2 Nota Prácticas + 0.1 Nota Ejercicios. Este cálculo debe superar o igualar el 5 para poder superar la asignatura. 

Nota Exámenes = Max( 0.4 Primer Examen + 0.6 Segundo Examen, Segundo Examen)

Para aplicar la fórmula de la nota final,

a) la Nota Exámenes debe superar el 4. En caso de no superarla, la Nota Final se calculará según: Nota Final= Nota Exámenes

b) la Nota de prácticas debe superar el 4. En caso de no superarla, la Nota de Prácticas pasa a ser la del total de la asignatura.

Habrá un examen de laboratorio que valdrá el 30% de la nota de prácticas.

Examen de recuperación: 70% de la nota final en sustitución del Primer y Segundo Examen. También se podrán recuperar las prácticas (Examen e informes)

Phillips, Charles L.; Nagle. Sistemas de Control Digital. Análisis y diseño. Barcelona: Gustavo Gili, 1993. ISBN 9788425213359.

Franklin, Gene F.; Powell, J. David. DIGITAL CONTROL OF DYNAMIC SYSTEMS. 3ª. Ellis-Kagle Press, 1998. ISBN ISBN13: 978-0-9791226-1-3.

Barambonas, Oscar. Sistemas digitales de control. Universidad del País Vasco, 2004. ISBN 8483736411.

Dorf, Richard C; Bishop, Robert H .. Sistemas de Control Moderno. 10ª. Pearson-Prentice-Hall, 2005. ISBN 8420544019.

Astrom, Karl Johan; Wittenmark, Björn. Sistemas Controlados por computador. Prentice Hall, 1988.

Ogata, Katsuhiko. Ingenieria de Control Moderna. 5ª. Pearson-Prentice Hall, 2010. ISBN 9788483226605