Informació general


Tipus d'assignatura: Obligatòria

Coordinador: Julián Horrillo Tello

Trimestre:2

Crèdits: 6

Professorat: Joan Triadó Aymerich

Descripció


Aquesta matèria tracta de l’estudi analític dels models de sistemes, en forma de funcions de transferència i de la millora del seu comportament, segons criteris pre-establerts, mitjançant la incorporació de controladors digitals.

Aquesta assignatura disposa de recursos metodològics i digitals per fer possible la seva continuïtat en modalitat no presencial en el cas de ser necessari per motius relacionats amb la Covid-19. D'aquesta manera s'assegurarà la consecució dels mateixos coneixements i competències que s'especifiquen en aquest pla docent.

El Tecnocampus posarà a l'abast de professorat i l'alumnat les eines digitals necessàries per poder dur a terme l'assignatura, així com guies i recomanacions que facilitin l'adaptació a la modalitat no presencial.

Resultats d'aprenentatge


En acabar l’assignatura l’estudiant:

1. És capaç de dur a terme l'anàlisi de sistemes físics complexos. (CE26)
2. Construeix models matemàtics de forma escalada a partir de sistemes reals. (CE25)
3. Dissenya controladors a partir d'especificacions o demandes de l'usuari. (CE25, CE26)
4. Utilitza simuladors digitals en el procés de validació dels models i controladors. (CE25)
5. Coneix i usa tècniques avançades en el control de processos. (CE26)

Metodologia de trabajo


L’assignatura consta de quatre hores setmanals de sessions amb el grup gran i dues hores setmanals de tipus pràctic, que es faran en els laboratoris  corresponents, amb el grup petit. En els laboratoris els estudiants  treballaran en equips de dues o tres persones.

El grup gran treballarà a l’aula on hi haurà  sessions de tipus expositiu per part del professor i sessions de treball en grups parcials i posada en comú.

Els alumnes disposaran de documentació per seguir l’assignatura del tipus de: exercicis proposats i resolts, gràfiques i taules d’especificacions i manuals d’usuari de sistemes i programes.

Els alumnes hauran de dedicar un temps addicional no presencial a la preparació d’exercicis, practiques i proves escrites i/o orals que de vegades s’hauran de dur a terme conjuntament dins d’un equip amb altres persones.

Continguts


1-Introducció a l' Anàlisi i Modelització de sistemes. Models matemàtics. Simulació.

1.1 Repàs de sistemes elèctrics, mecànics i hidràulics .

1.2 Transformada de Laplace.

1.3 Funcions de Transferència de sistemes continus.

1.4 Diagrames de blocs. Graf de flux de senyal. Graf de transició d'estat.

1.5 Sistemes en llaç tancat. Elements funcionals del llaç.

1.6 Linealització de sistemes no lineals.

1.7 Eines d'anàlisis i simulació de sistemes dinàmics. Utilització de l'entorn Matlab-Simulink.

2-Sistemes lineals en temps discret. Models matemàtics de sistemes discrets.

2.1 Sistemes amb mostrador. Mostrador ideal. Teorema del Mostreig.

2.2 Sistemes amb temps discret i amb amplitud discreta. Reconstrucció de senyals. Retenidor d'ordre zero.

2.3 Equacions en diferències. Transformada Z. Propietats. Funcions de transferència d'impulsos.

2.4 Blocs amb mostradors en sèrie.

2.5 Obtenció de funcions de transferència d'impulsos per a sistemes en llaç tancat.

3-Resposta temporal de sistemes en temps discret. Eines CACSD.

3.1 Resposta temporal per a sistemes discrets. Eines CACSD.

3.2 Transformació del pla s al pla z.

3.3 Especificacions temporals per a sistemes en temps discret, correspondència entre sistemes continus i discrets, ubicació dels pols en els dos plans per a sistemes de segon ordre. Cas de sistemes d'ordre superior.

3.4 Error estàtic per a sistemes discrets en llaç tancat. Coeficients d'error estàtic

4-Estudi de l'estabilitat de sistemes en temps discret. Lloc geomètric de les arrels (LGA). Mètodes freqüencials .Eines CACSD.

4.1 Anàlisi de l'estabilitat en el pla z.

4.2 Transformació bilineal. Pla w.

4.3  Anàlisi utilitzant el Lloc Geomètric dels Arrels (LGA),

4.4 Mètodes freqüencials. Especificacions en el domini de la freqüència. Criteri de Nyquist. Treball amb i sense Tranformació bilineal. Marge de Fase i Marge de Guany.

4.5 Disseny amb l'L.G.A. Utilització d'eines CACSD. Sistemes amb retard pur, modelització pel cas discret. Estabilitat.

5-Disseny de controladors digitals

5.1 Disseny de controladors d'avenç i de retard per a sistemes continus i per a sistemes discrets utilitzant el pla w, amb especificacions freqüencials. Càlculs, segons especificacions en règim permanent , d'estabilitat i de rapidesa. Pel cas d'avenç, de retard i PID; procediments de disseny. Per els controladors digitals, equivalència entre les equacions en diferències i les funcions de transferència en z.

5.2 Dissenys de controladors digitals tipus PID. Equacions en diferències i funcions de transferència en z de PID' s segons diferents estructures. Sintonia empírica i sintonia analítica , especificacions de tipus freqüencial, per l'estabilitat.

5.3 Controladors analítics. Controladors per assignació de pols. Realitzabilitat de controladors digitals. Controladors de Temps Mínim.

5.4 Implementació física de controladors digitals mitjançant sistemes d'adquisició de dades treballant en temps real. Control Digital Directe.

Activitats d'aprenentatge


Pràctiques (grup petit)

Activitat 1: P1 Introducció a l’entorn Simulink . Realització d’exercicis de simulació de models lineals o amb certes no linealitats. [Relacionada amb les Competències E25; Evidència del Resultat d’Aprenentatge 4].

Activitat 2: P2 Modelització de sistemes a partir de la resposta experimental d'un sistema físic obtingut a partir de l'us d’una targeta d’adquisició i sortida de dades amb el Real Time Workshop de Matlab. [Relacionada amb les Competències CB5, i E25; Evidència del Resultat d’Aprenentatge 2].

Activitat 3: P3 Control digital de sistemes. Aplicació al model obtingut a la P2.  Implementació de diferents estructures tipus PID digital, sintonia empírica, estudi dels canvis en la resposta segons el Temps de Mostreig. Utilització d’una targeta d’adquisició i sortida de dades amb el Real Time Workshop de Matlab.[Relacionada amb les Competències CB5 i E26 i YY; Evidència del Resultat d’Aprenentatge 1,3 i 5].

Activitat 4: P4 Control digital de sistemes. Aplicació al mateix sistema anterior, implementant en aquest cas controladors disenyats per mètodes freqüencials: Avenç/retard i PID analític. Utilització d’una targeta d’adquisició i sortida de dades amb el Real Time Workshop de Matlab.[Relacionada amb les Competències CB5 i E26; Evidència del Resultat d’Aprenentatge 1, 3 i 5].

Activitat 5: P5 Control digital de sistemes. Aplicació al mateix sistema anterior, implementant en aquest cas controladors de tipus analític: Assignació de Pols i Temps Mínim. Implementació d’aquest controlador amb el Real Time Workshop i la targeta d’adquisició i sortida de dades.[Relacionada amb les Competències CB5 i E26; Evidència del Resultat d’Aprenentatge 1, 3 i 5].

Les pràctiques estan relacionades amb els continguts teòrics de l'assignatura, i tenen com a finalitat complementar i reforçar els conceptes i habilitats adquirits a la part teòrica.

Activitat 6: PRIMER EXAMEN

Prova escrita d'avaluació dels continguts desenvolupats en els temes 1,2,3 i part del 4. [Relacionada amb les Competències CB5 i E25; Evidència del Resultat d’Aprenentatge 1, 3 i 4].

Activitat 7: SEGON  EXAMEN

Prova escrita d'avaluació dels continguts desenvolupats en els temes 1,2,3, 4, 5 i pràctiques. [Relacionada amb les Competències CB5, E25 i E26; Evidència del Resultat d’Aprenentatge 1, 3, 4 i 5].

Activitat 8: Exercicis d'aprenentatge autònom

Exercicis per lliurar; per fer a classe amb el grup gran o a casa. [Relacionada amb les Competències CB5, E25 i E26; Evidència del Resultat d’Aprenentatge 1, 3, 4 i 5].

Sistema d'avaluació


Condicions de l’Avaluació:

Nota Final = 0.7 Nota Exàmens + 0.2 Nota Pràctiques + 0.1 Nota Exercicis

Nota Exàmens = Max( 0.4 Primer Exàmen + 0.6 Segon Examen, Segon Exàmen)

Per a aplicar la fórmula de la nota final,

a) la Nota Exàmens ha de superar el 4. En cas de no superar-la, la Nota Final es calcularà segons:Nota Final= Nota Exàmens

b)  la Nota de pràctiques ha de superar el 4. En cas de no superar-la la Nota de Pràctiques passa a ser un 0 i l'assignatura en la seva totalitat no es pot aprovar. La nota de pràctiques passa a ser la del total de l'assignatura.

Hi haurà un examen de laboratori que valdrà el 30% de la Nota de pràctiques

Examen de recuperació: 70% de la nota final en substitució del Primer i Segon Examen. També es podrà recuperar les pràctiques (Examen i informes)

Bibliografia


Bàsic

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.

Roca, Miquel. Apuntes de control digital.

Roca, Miquel. Recopilació de Taules de Sintonia de PID.

Barambones, Oscar. Sistemas digitales de control. Universidad del Pais Vasco, 2004. ISBN 8483736411.

Complementary

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

Ogata, Katsuhiko. Problemas de Ingenieria de Control. Prentice Hall, 1998. ISBN 9788483220467

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

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