Departamento de Sistemas Electrónicos y de control

Escuela Universitaria de Ingeniería

Técnica de Telecomunicación

Universidad Politécnica de Madrid

Sistemas de Control

Guía de aprendizaje

Otoño 2012

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 3

Contenido

Datos básicos de la asignatura ...................................................................................................... 5

Profesorado ................................................................................................................................... 5

Descripción general ....................................................................................................................... 5

Requisitos .................................................................................................................................. 6

Competencias ............................................................................................................................ 7

Resultados de aprendizaje e indicadores ...................................................................................... 7

Contenidos .................................................................................................................................. 13

Unidades didácticas ................................................................................................................ 13

Distribución temporal ............................................................................................................. 14

Líneas metodológicas .................................................................................................................. 21

Recursos de enseñanza-aprendizaje ........................................................................................... 22

Evaluación ................................................................................................................................... 24

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 5

Datos básicos de la asignatura

Nombre de la asignatura: Sistemas de Control

Titulación: 59EC - Grado en Ingeniería Electrónica de Comunicaciones

Departamento: Sistemas Electrónicos y de Control

Materia: Ingeniería de Sistemas y Productos Electrónicos

Plan de estudios: 2009

Tipo de asignatura: Específica de titulación

Semestre: 5º

Código: 59EC - 595000029

Créditos ECTS: 6

Profesorado

Profesor Despacho Correo electrónico

Agustín Rodríguez Herrero 4115 agustin.rodriguez@upm.es

Ángel M. Groba González 4115 angelmanuel.groba@upm.es

Guillermo de Arcas Castro 4107 g.dearcas@upm.es

Descripción general

Sistemas de Control es una asignatura de tercer curso situada en el quinto semestre,

específica para la titulación de Grado en Ingeniería Electrónica de Comunicaciones impartida

en esta Escuela. En ella el estudiante toma contacto con los sistemas electrónicos de control,

como aplicación práctica de la teoría de sistemas, ejemplificando en sistemas de control o

circuitos electrónicos realimentados existentes en las telecomunicaciones.

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 6

Requisitos

Para cursar con aprovechamiento la asignatura es necesario que el estudiante haya adquirido

previamente los resultados de aprendizaje ligados a las asignaturas de los cursos primero y

segundo tal y como se muestra en la tabla:

Curso Semest. Asignatura Resultados de Aprendizaje

1 2 Electrónica I

Enumerar y definir las características principales de los bloques funcionales que componen un sistema electrónico básico (amplificador, comparador, atenuador, fuente de alimentación, ADC, DAC y conversores Tensión/Frecuencia).

Identificar el diagrama de bloques de sistemas electrónicos sencillos aplicados en las telecomunicaciones.

Identificar y distinguir el modelo y las propiedades básicas de los amplificadores y utilizar amplificadores operacionales ideales para su implementación.

2 3 Señales y

Sistemas

Aplicar el teorema de muestreo

Obtener la transformada de Laplace mediante la utilización de pares transformados básicos y tabla de propiedades

Obtener la transformada Z mediante la utilización de pares transformados básicos y tabla de propiedades

Caracterizar filtros FIR e IIR en el dominio del tiempo mediante la respuesta al impulso y la EDLCC

Conocer las características particulares de las funciones impulso y escalón, y la relación que existe entre ambas

2 4

Procesado

Digital de la

Señal

Describir el diagrama de bloques de un sistema de procesado digital de señal en tiempo real enumerando los parámetros significativos de cada bloque.

Relacionar señales y sistemas de tiempo continuo con señales y sistemas de tiempo discreto en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia.

Definir correctamente un filtro digital, sus aplicaciones fundamentales y diferenciar los tipos de filtro digitales en función de las características de su respuesta al impulso: filtros FIR y filtros IIR.

Manejar herramientas matemáticas de análisis y diseño de sistemas de tiempo discreto.

2 4 Electrónica

Analógica I

Utilizar las técnicas básicas de análisis de circuitos para analizar el funcionamiento de circuitos lineales y no lineales basados en amplificadores operacionales

Utilizar programas de simulación de circuitos analógicos como ayuda para analizar y diseñar circuitos basados en diodos, transistores (bipolares y unipolares) y amplificadores operacionales

Implementar circuitos de baja complejidad basados en diodos, transistores (bipolares y unipolares) y amplificadores operacionales.

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 7

Competencias En esta asignatura el estudiante desarrolla las siguientes competencias:

[CE_EC_3] Capacidad de realizar la especificación, implementación, documentación y

puesta a punto de equipos y sistemas, electrónicos, de instrumentación y de control,

considerando tanto los aspectos técnicos como las normativas reguladoras

correspondientes.

[CE_EC_4] Capacidad para aplicar la electrónica como tecnología de soporte en otros

campos y actividades, y no sólo en el ámbito de las Tecnologías de la Información y las

Comunicaciones.

[CE_EC_6] Capacidad para comprender y utilizar la teoría de la realimentación y los

sistemas electrónicos de control.

[C_GEN_4] Capacidad de abstracción, de análisis y de síntesis y de resolución de

problemas.

Resultados de aprendizaje e indicadores Tras superar la asignatura, el estudiante debe ser capaz de:

[RA01] Manejar los diagramas de bloques/funciones de transferencia como medio de

representación gráfica/analítica de sistemas de control continuos y discretos.

[RA02] Obtener, mediante métodos analíticos y experimentales, modelos matemáticos

de los procesos físicos a controlar.

[RA03] Manejar la función de transferencia en el dominio de Laplace y en el dominio Z

como medio para modelar sistemas de control continuos y discretos, respectivamente.

[RA04] Calcular la precisión de un sistema de control realimentado a partir del

concepto de error en régimen permanente.

[RA05] Caracterizar cualitativa y cuantitativamente el comportamiento temporal de un

sistema de control a partir de su función de transferencia.

[RA06] Utilizar (trazar e interpretar) el lugar de raíces de un sistema de control

realimentado como medio de relacionar la ganancia de realimentación con su

comportamiento temporal.

[RA07] Calcular la función de transferencia del controlador que sería necesario aplicar

en un sistema de control para alcanzar unas determinadas especificaciones de

comportamiento temporal.

[RA08] Entender las propiedades fundamentales de las acciones de control PID,

incluyendo sus limitaciones prácticas.

[RA09] Ajustar los parámetros de un controlador PID para alcanzar unas determinadas

especificaciones de comportamiento temporal en un sistema de control.

[RA10] Utilizar sistemas electrónicos para la realización de sistemas de control.

[RA11] Utilizar herramientas informáticas como apoyo al análisis y diseño de sistemas

de control.

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 8

Interrelación entre resultados de aprendizaje y competencias:

[CE_EC_3] [CE_EC_4] [CE_EC_6] [C_GEN_4]

RA01

RA02

RA03

RA04

RA05

RA06

RA07

RA08

RA09

RA10

RA11

A continuación se presentan los indicadores o criterios de evaluación por temas, asociados a

resultados de aprendizaje. En la columna de la derecha se marcan los indicadores mínimos,

considerados de obligada adquisición.

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 9

Resultados de

aprendizaje

RA- Tem

a

Ord

en

Sistemas de Control:

Indicadores del Tema 1

Mín

imo

01 T1 1 Distinguir un sistema de control en lazo abierto de un sistema de control en lazo cerrado

X

01 T1 2 Enumerar las principales ventajas e inconvenientes relativos que caracterizan los sistemas de control en lazo abierto y en lazo cerrado

X

01 T1 3 Manejar la nomenclatura adecuada en la descripción de la estructura de los sistemas de control

X

01 T1 4 Representar e interpretar el diagrama de bloques de un sistema de control X

01, 03 T1 5 Influencia de las perturbaciones sobre un sistemas de control

01, 02 T1 6 Describir el efecto de las alinealidades más habituales en sistemas de control

01, 11 T1 7 Capturar el diagrama de bloques de sistemas de control mediante Simulink X

01, 03, 11 T1 8 Definir las funciones de transferencia de los bloques del diagrama de un sistema de control en Simulink

X

01, 03, 11 T1 9 Simular la respuesta en el tiempo de sistemas de control mediante Simulink X

01, 03, 11 T1 10 Definir funciones de transferencia de sistemas en Matlab-CST X

01, 03, 11 T1 11 Obtener y representar gráficamente con Matlab-CST la respuesta de un sistema ante escalón o impulso

X

01, 03, 11 T1 12 Obtener y representar gráficamente los polos y ceros de una función de transferencia mediante Matlab-CST

01, 03 T1 13 Obtener el orden de un sistema de control X

01, 02, 03 T1 14 Aplicar métodos sencillos de identificación de sistemas para la obtención de sus funciones de transferencia, con sus correspondientes unidades físicas

11 T1 15 Importar ficheros de datos en Matlab

11 T1 16 Obtener valores en puntos de interés de una representación gráfica en Matlab X

01, 03, 11 T1 17 Obtener el equivalente discreto de un sistema continuo con ZOH previo y muestreo posterior, mediante Matlab-CST

X

01, 03 T1 18 Comprobar las relaciones matemáticas existentes entre un sistema continuo y su equivalente discreto

02, 03 T1 19 Conocer criterios de elección de un periodo de muestreo adecuado en un sistema de control muestreado en función de la dinámica de la planta

01, 03 T1 20 Calcular la función de transferencia de un sistema de control en lazo cerrado a partir de las funciones de transferencia de sus bloques constitutivos

X

01, 03, 11 T1 21 Calcular mediante Matlab-CST la función de transferencia de la serie, el paralelo o la realimentación de dos sistemas

03, 10 T1 22 Obtener el circuito electrónico, basado en amplificadores operacionales, que permite implementar una determinada ecuación diferencial o función de transferencia

X

02 T1 23 Obtener el pseudo-código que permite implementar una determinada ecuación en diferencias

X

02 T1 24 Obtener una ecuación en diferencias a partir del pseudo-código que la implementa

X

01, 03 T1 25 Identificar la ecuación característica de un sistema de control X

03, 05 T1 26 Distinguir los conceptos de estabilidad absoluta y relativa de los sistemas de control

X

07 T1 27 Enumerar las fases principales implicadas en el proyecto de un sistema de control

01, 03, 07, 10 T1 28 Distinguir las principales implicaciones de la realización analógica o digital del controlador de un sistema de control

X

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 10

Resultados de

aprendizaje

RA- Tem

a

Ord

en

Sistemas de Control:

Indicadores del Tema 2

Mín

imo

03, 04 T2 1 Obtener la ganancia de orden i de un sistema de control, en lazo abierto o en

lazo cerrado a partir de su función de transferencia X

03, 04 T2 2 Identificar el orden de la ganancia significativa de un sistema de control

04 T2 3 Comprender la relación entre las ganancias, las constantes de error, error en

régimen permanente y entradas X

04, 11 T2 4 Obtener ganancias y constantes de error con Matlab-CST

04 T2 5 Relacionar el Tipo de un sistema de control realimentado con los errores en

régimen permanente X

01, 03, 04, 05 T2 6

Determinar el valor en régimen permanente de las variables implicadas en un

sistema de control en lazo cerrado para entradas escalón y rampa mediante la

función de transferencia de la cadena abierta

X

01, 03, 04, 05 T2 7

Determinar el valor en régimen permanente de las variables implicadas en un

sistema de control en lazo cerrado para entradas escalón y rampa mediante la

función de transferencia de la cadena cerrada

04, 05, 11 T2 8

Determinar el valor en régimen permanente de las variables implicadas en un

sistema de control en lazo cerrado para entradas escalón y rampa mediante

Matlab-CST y Simulink

X

04, 05 T2 9 Relacionar el Tipo de un sistema con el valor en régimen permanente de las

variables del lazo de control

03, 04 T2 10 Calcular el Tipo de un sistema de control con información relativa a la cadena

abierta X

01, 05 T2 11 Obtener la influencia que produce una perturbación sobre la precisión de un

sistema de control

05, 11 T2 12 Obtener la respuesta temporal de un sistema de control ante las entradas de

prueba impulso y escalón con los toolboxes de Matlab CST y SYMB X

05 T2 13 Distinguir el comportamiento temporal de un sistema de control

sobreamortiguado, críticamente amortiguado y subamortiguado X

05 T2 14 Comprender la dominancia de polos en sistemas de control sobreamortiguados X

05 T2 15 Obtener el tiempo de establecimiento en sistemas canónicos

sobreamortiguados a partir de los polos de su función de transferencia X

05 T2 16 Comprender la dominancia de polos en sistemas de control subamortiguados X

05 T2 17 Obtener el tiempo de establecimiento, de pico, periodo de oscilación y máximo sobreimpulso en sistemas canónicos subamortiguados a partir de los polos de su función de transferencia

X

05, 11 T2 18 Medir las características temporales de la respuesta de un sistema de control X

04, 05, 11 T2 19 Utilizar las líneas de guía y cuadrículas en Matlab para la medida de las características temporales de la respuesta un sistema

05 T2 20 Relacionar la parte real e imaginaria de las raíces de la ecuación característica con la respuesta temporal de los sistemas continuos

X

05 T2 21 Relacionar el módulo y fase de las raíces de la ecuación característica con la respuesta temporal de los sistemas discretos

X

01, 05 T2 22 Obtener la influencia que produce una perturbación en un sistema de control sobre la variable controlada

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 11

Resultados de

aprendizaje

RA- Tem

a

Ord

en

Sistemas de Control:

Indicadores del Tema 3

Mín

imo

05, 11 T3 1 Determinar la estabilidad absoluta de un sistema de control utilizando Matlab-CST

X

05 T3 2 Distinguir mediante la estabilidad relativa el mejor comportamiento temporal de dos sistemas o de uno con ganancias diferentes

X

05, 06 T3 3 Distinguir las regiones de estabilidad de los dominios transformados

06 T3 4 Entender que el Lugar Directo de las Raíces (LDR) es una representación gráfica de los polos del sistema de control realimentado en función de un parámetro

X

06 T3 5 Analizar cuándo un punto del plano pertenece al LDR de un sistema realimentado

X

06 T3 6 Aplicar reglas sencillas de construcción al trazado rápido y aproximado del LDR de los sistemas de control

X

06,11 T3 7 Utilizar Matlab-CST para la construcción del LDR, trazado de cuadrículas y de líneas guía

X

06, 11 T3 8 Utilizar Matlab-CST para la localización de puntos del LDR, obtención de ganancias y raíces

X

06 T3 9 Aplicar la condición modular a un punto del LDR para la obtención de la ganancia correspondiente

X

06 T3 10 Calcular la ganancia a partir de la ecuación característica conocido un punto que pertenece al LDR

06 T3 11 Calcular un punto del LDR a partir de la ecuación característica conocida la correspondiente ganancia

06 T3 12 Aplicar la regla de Grant para el cálculo de raíces de la ecuación característica

03, 06 T3 13 Calcular la función de transferencia de la cadena abierta de un sistema de control mediante el uso de los puntos iniciales del LDR

04, 05, 06 T3 14 Interpretar el LDR para relacionar ganancias con aspectos temporales: tipos de respuesta, tiempos mínimos, retardos puros, no oscilación y régimen permanente

X

06 T3 15 Comprender cómo un cero finito influye en el LDR de un sistema canónico

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 12

Resultados de

aprendizaje

RA- Tem

a

Ord

en

Sistemas de Control:

Indicadores del Tema 4

Mín

imo

07 T4 1 Entender el concepto de diseño de un sistema de control y sus implicaciones X

03, 07 T4 2 Diseñar reguladores por cancelación polo-cero de la planta en sistemas de control en lazo abierto

03, 07 T4 3 Identificar las condiciones de aplicabilidad del método de diseño directo de Truxal para un sistema discreto de control

X

03, 07 T4 4 Hallar el modelo de Truxal a partir de unas especificaciones de respuesta temporal que aseguren su aplicabilidad

X

03, 07 T4 5 Corregir el modelo de Truxal cuando sea necesario para asegurar la causalidad del controlador

03, 07 T4 6 Calcular la función de transferencia del controlador correspondiente a un determinado modelo de Truxal

X

03, 08 T4 7 Caracterizar las acciones de control P, I y D y sus combinaciones posibles mediante sus funciones de transferencia y parámetros de definición

X

08 T4 8 Describir cualitativamente los efectos de las acciones PID sobre la respuesta de los sistemas de control

X

03, 08 T4 9 Ordenar por complejidad las distintas combinaciones de acciones PID X

06, 08 T4 10 Analizar el efecto de un controlador de tipo PID sobre el lugar de raíces directo de un sistema de control

X

08, 09 T4 11 Deducir la combinación de acciones PID más adecuada para hacer cumplir en el sistema de control unas determinadas especificaciones de respuesta en el dominio temporal

X

08, 09 T4 12 Sintonizar un controlador de tipo PID mediante el lugar de raíces para hacer cumplir en el sistema de control unas determinadas especificaciones de respuesta en el dominio temporal

X

10 T4 13 Obtener el esquemático de un circuito analógico basado en amplificador operacional que implemente un determinado controlador de tipo PID

03, 11 T4 14 Obtener el equivalente discreto de un controlador PID continuo por el método bilineal, mediante Matlab-CST

X

03, 05, 06 T4 15 Conocer el efecto de los ceros finitos del regulador en la consecución de los objetivos de diseño

05 T4 16 Determinar la respuesta de un controlador aisladamente, ante entradas sencillas de prueba

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 13

Contenidos

Unidades didácticas Tema 1. Fundamentos de los sistemas de control.

1. Señales, secuencias y sistemas.

2. Sistemas de control.

3. Modelado de un sistema.

4. Análisis y diseño de un sistema de control

Tema 2. Análisis temporal de los Sistemas de control.

1. Constantes de ganancia y de error.

2. Error en régimen permanente.

3. Respuesta de un sistema con polos reales dominantes.

4. Respuesta de un sistema con polos complejos conjugados dominantes.

Tema 3. Análisis de sistemas de control mediante el lugar de las raíces (LDR).

1. Concepto del LDR.

2. Construcción del LDR.

3. Interpretación del LDR.

Tema 4. Diseño de controladores

1. Método directo

2. Regulación PID

3. Diseño de un controlador

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 14

Distribución temporal A continuación se muestra la distribución temporal del temario y de las actividades de la

asignatura a lo largo del semestre, para un grupo de teoría y tres de laboratorio. La

programación se corresponde con un semestre de 14 semanas lectivas de 8 horas de trabajo

cada una. La columna “Indicadores” identifica aquellos que se consideran tratados a través de

cada una de las actividades asociadas.

Aula de teoría: Aula de laboratorio: 8221, sesiones L3, X2 y X4.

Aula pequeña: el gran grupo se desglosa en grupos reducidos, aulas por definir.

Leyenda: T-teoría presencial; L-laboratorio presencial; NP-no presencial

Tema 1 Semana 1, del 10 al 14 de septiembre (4T+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Presentación de la asignatura(SS.CC.,

SS.DD., muestreo y reconstrucción,

entradas de prueba)

1

Aula

grande Expositiva No -

Introducción a Matlab y Repaso a los

SS.LL.

1

Aula

grande Expositiva No -

Repaso transformadas Laplace y Z

Notación unificada (transformada genérica) 2

Estudio

Individual

Estudio

dirigido No -

Ejercicios repaso de transformadas Laplace

y Z 1

Estudio

Individual

Ejercicios

dirigidos No -

Concepto de control de procesos continuos

o discretos

Diagramas de bloques, notación y

nomenclatura

Control en lazo abierto y en lazo cerrado

Perturbaciones en un sistema de control

2

Aula

grande Expositiva No 1 a 5

Repaso contenidos básicos sobre control 1 Estudio

Individual

Estudio

libre No 1 a 5

Tema 1 Semana 2, del 17 al 21 de

septiembre (2T+2L+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Estudio Previo de la Práctica 1

Repaso fundamentos de Matlab 1

Estudio

Individual Práctica No 1, 3 a 9-

Práctica 1: Simulación de sistemas con

Simulink

2

Laboratorio Práctica Sumativa 1, 3 a 9

Conclusión Práctica 1

Memoria de resultados Práctica 1 1

Estudio

en Pareja Reflexión Sumativa 1, 3 a 9

Ejercicios sobre modelo de sistemas 2 Estudio

Individual

Ejercicios

libres No

6, 12,

14

Modelo de sistemas, función de

transferencia con Matlab

Identificación y simulación de sistemas

1

Aula

grande Expositiva No

6, 10,

13, 14,

15, 16

Ejercicios sobre modelo de sistemas 1

Aula

grande Ejercicios No 6, 14

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 15

Tema 1 Semana 3, del 24 al 28 de septiembre (2T+2L+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Estudio previo de la Práctica 2 1 Estudio

en Pareja Práctica No

6, 10,

11, 14,

15, 16

Práctica 2: Identificación de una planta 2 Laboratorio Práctica Sumativa

6, 10,

11, 14,

15, 16

Conclusión Práctica 2

Memoria de resultados Práctica 2 1

Estudio

en Pareja Reflexión Sumativa

6, 10,

11, 14,

15, 16

Sistemas de control híbridos

Equivalente discreto de un sistema

continuo

1.5 Aula

grande Expositiva No

4, 17,

18, 19,

20

Ejercicios sobre el equivalente discreto 0.5 Aula

grande Ejercicios No 18, 20

Equivalente discreto de un sistema

continuo con Matlab 2

Estudio

Individual

Práctica

dirigida No

17, 18,

20

Tema 1 Semana 4, del 1 al 5 de octubre (2T+2L+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Estudio Tema 1 1

Estudio

Individual

Estudio

libre No 1 a 21

Estudio previo de la Práctica 3

1 Estudio

en Pareja Práctica No

10, 11,

12, 16,

17, 20,

21

Práctica 3: Simulación de sistemas con

Matlab 2 Laboratorio Práctica Sumativa

10, 11,

12, 16,

17, 20,

21

Conclusión Práctica 3

Memoria de resultados Práctica 3 1

Estudio

en Pareja Reflexión Sumativa

10, 11,

12, 16,

17, 20,

21

Preparación de los ejercicios evaluables del

tema1 1 Estudio

en grupo

Ejercicios

libres No 1 a 21

Introducción al análisis y diseño de

sistemas de control 1

Aula

grande Expositiva No 22 a 28

Ejercicios Evaluables del Tema 1 1

Aula

pequeña(1)

Ejercicios Sumativa 1 a 21

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 16

Tema 2 Semana 5, del 8 al 11 de octubre (4T+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Definición: régimen permanente (RP),

error en RP, ganancia significativa y Tipo

de un sistema

Definición de las constantes de error de los

sistemas de control y su relación con las

ganancias

2 Aula

grande Expositiva No 1, 2, 3

Ejercicios sobre las constantes de ganancia

y de error de sistemas definidos por su

función de transferencia, continuos y

discretos

Ejercicios sobre el error en RP utilizando

como dato la función de transferencia de la

cadena abierta

2 Aula

grande Ejercicios No

2, 3, 5,

10

Ejercicios sobre el error en RP, ganancias,

constantes de error, Tipo y variables que

intervienen en el sistema de control

2 Estudio

Individual

Ejercicios

dirigidos No 2, 5, 10

Realización de simulaciones de diferentes

sistemas en lazo cerrado Matlab/Simulink

para la obtención de los errores ante

diferentes entradas, sistemas continuos y

discretos

1 Estudio

Individual

Práctica

Dirigida No 3, 4, 5

Preparación del cuestionario 1 1 Estudio

Individual

Estudio

libre No

Todos

los del

Tema 1

Tema 2 Semana 6, del 15 al 19 de octubre (2T+2L+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Cuestionario 1 (tema 1) 1 Estudio

individual Ejercicios Sumativa

Todos

los del

Tema 1

Preparación de la Práctica 4 1 Estudio

en Pareja Práctica No ---

Practica 4: Relación del error en régimen

permanente con el Tipo y las entradas al

sistema de control

2 Laboratorio Práctica Sumativa

4, 6, 7,

8, 9, 10,

11

Conclusión de la Práctica 4

Memoria de resultados Práctica 4 1

Estudio

en Pareja Reflexión Sumativa

4, 6, 7,

8, 9, 10,

11

Obtención con Matlab y/o Simulink de la

respuesta temporal de sistemas

sobreamortiguados ante las entradas de

prueba

1 Estudio

Individual

Práctica

Dirigida No

12, 15,

18, 19

Definición del régimen transitorio

Clasificación de la respuesta temporal en

sobreamortigada, críticamente

amortiguada y subamortiguada

Definición de polos dominantes en

sistemas sobreamortiguados

Caracterización de la respuesta transitoria

de un sistema sobreamortiguado

Retardo entrada-respuesta de un sistema

sobreamortiguado

Demo Matlab sobre dominancia

2 Aula

grande

Expositiva

No

12, 13,

14

A

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 17

Tema 2 Semana 7, del 22 al 26 de octubre

(4T+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Ejercicios de simplificación de funciones de

transferencia de sistemas

sobreamortiguados

Relación cualitativa polo-respuesta de un

sistema sobreamortiguado

1 Aula

grande

Ejercicios

y

Expositiva

No 14, 15,

20, 21

Influencia de la dominancia frente a un

cero finito 1

Aula

grande Ejercicios No 14

Definición de los sistemas críticamente

amortiguados y subamortiguados

Definición de polos dominantes en

sistemas subamortiguados, tratamiento de

los retardos en Z

Obtención del tiempo de establecimiento

1 Aula

grande

Expositiva

No

12, 13,

16

Ejercicios sobre caracterización de la

respuesta temporal de los sistemas

sobreamortiguados

2 Estudio

Individual

Ejercicios

dirigidos No 15

Preparación de los ejercicios evaluables del

tema 2 2

Estudio en

grupo

Ejercicios

libres No 1-11

Ejercicios evaluables del tema 2 1 Aula

pequeña(1)

Ejercicios Sumativa 1-11

Tema 2 Semana 8, del 29 de octubre al 2 de noviembre (2T+2L+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Caracterización de la respuesta transitoria

de un sistema subamortiguado

Relación cualitativa polo-respuesta de un

sistema subamortiguado

1

Aula

grande Expositiva No

17, 20,

21

Ejercicios de simplificación de funciones de

transferencia de sistemas

subamortiguados

Ejercicios sobre la respuesta temporal de

sistemas subamortiguados

1 Aula

grande Ejercicios No 13, 16

Preparación Práctica 5 1 Estudio

en Pareja Práctica No

12, 14,

15, 16,

17, 18,

19, 20,

21, 22

Practica 5: Caracterización con Matlab y

Simulink de la respuesta temporal ante

diferentes entradas de los sistemas de

control

2 Laboratorio Práctica Sumativa

12, 14,

15, 16,

17, 18,

19, 20,

21, 22

Conclusión de la Práctica 5

Memoria de resultados Práctica 5 1

Estudio

en Pareja Reflexión Sumativa

12, 14,

15, 16,

17, 18,

19, 20,

21, 22

Realización de ejercicios de obtención de

tiempos y amplitudes en la respuesta

temporal de los sistemas subamortiguados

1 Estudio

Individual

Ejercicios

dirigidos No 17

Obtención con Matlab y/o Simulink de la

respuesta temporal de sistemas

subamortiguados ante las entradas de

prueba

1 Estudio

Individual

Práctica

Dirigida No

12, 16,

17, 18

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 18

Tema 3 Semana 9, del 7 al 13 de noviembre (4T+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Preparación del Cuestionario 2 1 Estudio

Individual

Estudio

Libre No 12-22

Cuestionario 2 (tema 2) 1 Estudio

Individual Ejercicios Sumativa 12-22

Definición de las condiciones modular y

angular que definen el concepto del lugar

directo de las raíces (LDR)

Construcción del LDR mediante un trazado

descriptivo

Interpretación del lugar de las raíces para

el chequeo de la estabilidad de un sistema

de control

2 Aula

grande

Expositiva No

1, 2, 3,

4, 5, 6

Ejercicios de aplicación de la condición

modular y condición angular 1

Estudio

Individual

Ejercicios

dirigidos No 5, 9

Ejercicios de cálculo de la ganancia

sabiendo que un punto pertenece al LDR

Ejercicios para el cálculo de las raíces de la

ecuación característica conociendo la

ganancia

Ejercicios sobre el trazado descriptivo del

LDR

2 Aula

grande Ejercicios No

4, 6, 9,

10, 11,

12

Obtención del LDR con Matlab de un

sistema de control 1

Estudio

Individual

Práctica

dirigida No 7

Tema 3 Semana 10, del 14 al 20 de noviembre (2T+2L+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Obtención del LDR con Matlab de un

sistema de control, influencia cuando se

añade un polo y/o cero

2 Estudio

Individual

Práctica

dirigida No 15

Descripción de la influencia sobre el lugar

de las raíces cuando se añade un polo y/o

cero en diferentes posiciones

Ejercicios de construcción e interpretación

del LDR

2 Aula

grande

Expositiva

y

ejercicios

No 15

Preparación Práctica 6 1 Estudio

en Pareja Práctica No

1, 7, 8,

13, 14

Practica 6: Análisis de un sistema de

control mediante el lugar de las raíces 2 Laboratorio Práctica Sumativa

1, 7, 8,

13, 14

Conclusión de la Práctica 6

Memoria de resultados Práctica 6 1

Estudio

en Pareja Reflexión Sumativa

1, 7, 8,

13, 14

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 19

Tema 4 Semana 11, del 21 al 27 de noviembre (4T+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Preparación de los ejercicios evaluables de

los temas 2 y 3 2

Estudio en

grupo

Ejercicios

Libres No

Todos

temas 2

y 3

Ejercicios evaluables de los temas 2 y 3 1 Aula

pequeña(1)

Ejercicios Sumativa

Todos

temas 2

y 3

Introducción al diseño directo de

controladores 1

Aula

grande Expositiva No 1,2

Diseño directo de controladores discretos:

condiciones de aplicabilidad y obtención

del modelo

1 Aula

grande Expositiva No

3 a 6,

15

Ejercicios de aplicación de diseño directo

de controladores 1

Aula

grande Ejercicios No 1 a 6

Ejercicios de aplicación de diseño directo

de controladores 2

Estudio

individual

Ejercicios

dirigidos No 1 a 6

Tema 4

Semana 12, del 28 de noviembre al 4 de diciembre (2T+2L+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Definición de las acciones de control PID 2 Aula

grande Expositiva No

7 a 10,

13, 14,

16

Repaso contenidos sobre PID 1 Estudio

individual

Estudio

Libre No

7 a 10,

13, 14,

16

Ejercicios sobre PID 1 Estudio

individual

Ejercicios

dirigidos No

7 a 10,

13, 14,

16

Lectura y preparación previas del proyecto

final de asignatura 2

Estudio

en Pareja Práctica No Todos

Proyecto final de asignatura. Primera

sesión presencial 2 Laboratorio Práctica Sumativa Todos

Tema 4 Semana 13, del 10 al 14 de

diciembre (2T+2L+4NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Sintonización de PIDs mediante el lugar de

raíces

Saturación y antiwidup

2 Aula

grande Ejercicios No

10, 11,

12, 15

Desarrollo del proyecto final de asignatura 2 Laboratorio Práctica No Todos

Proyecto final de curso. Segunda sesión

presencial 2 Laboratorio Práctica Sumativa Todos

Compleción del proyecto final de

asignatura y preparación de su evaluación 1 Laboratorio Práctica No Todos

Elaboración de la memoria del proyecto

final de asignatura 1

Estudio

en Pareja Reflexión Sumativa Todos

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 20

Tema 4 Semana 14, del 17 al 21 de diciembre (2T+1L+5NP horas)

Actividad Horas/

Fecha Lugar

Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Realización individual de ejercicios de

diseño de PIDs 1

Estudio

individual

Ejercicios

dirigidos No 10 a 15

Preparación previa puzle Tema 4 1 Estudio

grupo

Ejercicios

libres No

Todos

los del

tema 4

Puzle Tema 4 2

Aula

pequeña(1)

Trabajo

en grupo Sumativa

Todos

los del

tema 4

Proyecto final de asignatura. Tercera

sesión presencial. Examen 1 Laboratorio Práctica Sumativa Todos

Preparación del examen global 3 Estudio

individual

Estudio

libre No Todos

Semana 15, del 24 al 28 de diciembre (8NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Preparación del examen global 8 Estudio

individual

Estudio

libre No Todos

Semana 16, del 31 de diciembre al 4 de enero (8NP horas)

Actividad Horas Lugar Metodo-

logía

Evalua-

ción

Indica-

dores

Preparación del examen global 8 Estudio

individual

Estudio

libre No Todos

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 21

Resumen de las actividades de publicación de enunciados, realización de prácticas y

habilitación de cuestionarios.

Realización de

Práctica Entrega de memoria

Publicación de ejercicios de preparación

Ejercicios evaluables

Cuestionarios habilitados el día:

Laboratorio Moodle

(Fecha vencimiento) Moodle Aula pequeña

Moodle (solo 24 horas)

S2 Del 17 al 21 de septiembre

S3 Del 24 al 28 de septiembre

26/09/2012

S4 Del 1 al 5 de octubre 03/10/2012 01/10/2012 03/10/2012

S6 Del 15 al 19 de octubre

10/10/2012 15/10/2012

S7 Del 22 al 26 de octubre

24/10/2012 22/10/2012 24/10/2012

S8 Del 29 de octubre al 2 de noviembre

S9 Del 7 al 13 de noviembre

07/11/2012 12/11/2012

S10 Del 14 al20 de noviembre

S11 Del 21 al 27 de noviembre

26/11/2012 19/11/2012 21/11/2012

S12 del 28 de noviembre al 4 de diciembre

S13 del 10 al 14 de diciembre

S14 del 17 al 21 de diciembre

14/12/2012 18/12/2012

17/12/2012 Puzle

19/12/2012

Líneas metodológicas

Durante las 14 semanas del periodo lectivo en el que se imparte esta asignatura estudiante

tendrá cuatro horas de trabajo presencial y otras 4 de trabajo no presencial, estas 14 semanas

podrían ser ampliables a 16 con dos semanas adicionales con una carga para el alumno de 8

horas no presenciales. Las actividades tendrán lugar en diferentes sitios en función de la

presencialidad y contenidos, así se definen los siguientes lugares de realización de las

actividades:

- Presencial:

- Aula grande: aula grande para el gran grupo.

- Aula pequeña: grupos reducidos para la realización de ejercicios.

- Laboratorio: aula acondicionada con el equipamiento adecuado con un cupo

máximo de 14 alumnos.

- No presencial:

- De estudio individual: trabajo personal del alumno realizado en cualquier sitio

- De estudio en pareja: dos alumnos para la realización de las prácticas

- De estudio en grupo: entre 4 y 5 alumnos, reuniones en cualquier sitio

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 22

La metodología utilizada depende de las actividades que se han de desarrollar y está

condicionada por la presencialidad de las mismas:

- Presencial:

- Expositiva: clase magistral

- Ejercicios: resolución de ejercicios

- Práctica: resolución de supuestos prácticos en un laboratorio

- Aprendizaje basado en Proyecto en el laboratorio: desarrollo de un supuesto

práctico en el que el alumno debe tomar sus propias decisiones

- Trabajo en grupo: para la realización del puzle.

- No presencial:

- Ejercicios libres: enunciados de ejercicios en los que el alumno debe aportar toda

la destreza y conocimientos adquiridos para su resolución

- Ejercicios dirigidos: enunciados con resultado final y breves indicaciones para su

resolución a modo de pistas

- Estudio libre: estudio por cuenta del alumno

- Estudio dirigido: repaso a la teoría bajo unas instrucciones.

- Práctica dirigida: realización de un supuesto práctico sin la intervención del

profesor y bajo unas instrucciones

- Reflexión: conclusiones y reflexiones del alumno sobre lo aprendido en las

prácticas

- Trabajo en grupo: para la realización de los ejercicios evaluables y puzle

En consecuencia las dos metodologías principales en el aula serán la de Expositivo haciendo

referencia a la forma tradicional de impartir una clase magistral y la de Ejercicios en la que se

resolverán ejercicios y problemas relacionados con cada uno de los temas. En este último caso

se fomentará la participación de alumno de forma individual o en grupo, defendiendo y

discutiendo la solución o posibles soluciones de los ejercicios o problemas.

El trabajo no presencial del alumno lo realizará de forma individual o en grupo (pareja o grupo

de 4 ó 5 alumnos). En el primer caso su trabajo se orientará básicamente al estudio de los

contenidos de la asignatura y a la realización de algunos ejercicios propuestos por el profesor.

El trabajo en pequeños grupos estará presente a lo largo del curso con el fin de resolver

problemas o realizar algún otro trabajo propuestos por el profesor. La organización del trabajo

en los grupos se realizará con criterios de “Trabajo Cooperativo”, extendiéndose en algunas

circunstancias a la propia aula. En algunos casos, los problemas o trabajos así preparados serán

motivo de su exposición y defensa pública. El trabajo en pareja se centra fundamentalmente

en la resolución de los supuestos prácticos del laboratorio.

Recursos de enseñanza-aprendizaje Bibliografía principal:

S.Gomáriz, D.Biel, J.Matas y M.Reyes. Teoría de Control. Diseño Electrónico. Ediciones

UPC, 1998.

Bibliografía de apoyo:

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 23

B. C. Kuo. Automatic Control System (7ª edición). Prentice Hall. 1995.

K. Ogata. Modern Control Engineering (4ª edición). Prentice Hall. 2002

K. Ogata. Discrete-Time Control Systems (2ª edición). Prentice-Hall, 1995.

Several Authors. The Control Handbook. IEEE Press & CRC Press. EEUU. 1996.

Recursos disponibles en la plataforma de la asignatura (accesible a través de Politécnica

Virtual):

Ejercicios.

Guiones de las prácticas de laboratorio.

Enlaces a recursos externos de interés.

Equipamiento disponible en el laboratorio:

Fuente de alimentación.

Polímetro.

Ordenador.

Tarjetas de adquisición de datos

Plantas reales

Matlab y Simulink

Otro software de apoyo

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 24

Evaluación

De acuerdo con la Normativa Reguladora de los Sistemas de Evaluación de la Universidad

Politécnica de Madrid, aprobada el 22 de Julio de 2010, el alumno podrá elegir entre dos

sistemas de evaluación, excluyentes y definitivos durante el curso:

Sistema de evaluación continua: es el sistema por defecto cuyo detalle se muestra más

adelante.

Sistema de sólo prueba final: los alumnos que elijan este itinerario deberán presentar,

antes de la tercera semana de clases, una solicitud por escrito al coordinador de la

asignatura indicando la elección de este itinerario. En este itinerario no se realizará

ninguna prueba de evaluación continua, únicamente se realizarán unas pruebas finales

que reflejarán una complejidad y extensión similares a las del conjunto de pruebas

realizadas en el sistema de evaluación continua.

Se recuerda, que según la normativa: Una vez elegido el itinerario de evaluación continua, no

es posible el cambio de itinerario por parte del alumno excepto por causa sobrevenida y de

fuerza mayor.

ITINERARIO DE EVALUACIÓN CONTINUA

La nota de la asignatura se obtiene a partir de actividades distribuidas a lo largo del curso:

Cuestionarios: realización individual de test en la plataforma Moodle, se recordará al

comienzo de la semana el día y horario de realización.

Ejercicios evaluables: con la preparación previa no presencial y en grupo de ejercicios,

se realizará una prueba en el aula que consistirá en la resolución in situ de un ejercicio

de características muy similares, recogiéndose sólo una entrega por grupo elegida al

azar. La calificación es común para todos los miembros del grupo.

Prácticas de laboratorio: evaluación de la actuación en el aula y de la capacidad de

reflexión de la pareja.

Proyecto final de curso: evaluación de la actuación y reflexión así como de la capacidad

de la pareja para resolver un supuesto práctico de diseño de un sistema de control,

que abarca las fases de documentación, comprensión, análisis y síntesis del problema.

Aunque el proyecto se desarrolla por parejas, su defensa y evaluación será individual.

Puzle: actividad de aprendizaje cooperativo dentro del pequeño grupo en el que la

evaluación se definirá por la exposición de un ejercicio por parte de un alumno,

elegidos ambos al azar. La calificación es común para todos los miembros del grupo.

Examen global: resolución individual en el aula de cuestiones y ejercicios de todos los

temas.

En cada una de las actividades de evaluación sumativa se evaluarán tanto los conceptos como

la capacidad de aplicarlos, dando especial importancia a la evaluación de los indicadores

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 25

mínimos definidos para cada tema. Para aprobar la asignatura es necesario obtener una nota

global mayor o igual a 5 puntos, siendo necesario superar un umbral mínimo en el examen

global y en el proyecto final de asignatura del 33% en cada uno de ellos. A continuación se

muestra la contribución de cada elemento de evaluación a la nota global:

Actividad Puntuación total

Cuestionarios 1

Ejercicios 2.2

Prácticas y proyecto fin de asignatura 3

Puzle 0.8

Examen Global 3

Total Asignatura 10

La distribución de la nota de cada prueba de evaluación continua se muestra en la siguiente

tabla:

EVALUACIÓN CONTINUA 1 2 3 4 5 6 Proyecto Total

Cuestionarios 0.5 0.5 -- -- -- -- -- 1

Ejercicios 0.7 0.7 0.8 -- -- -- -- 2.2

Laboratorio 0.2 0.3 0.2 0.4 0.4 0.5 1 3

Puzle 0.8

Examen Global 3

Total Asignatura 10

Para un alumno que no curse la asignatura por primera vez deberá de repetir todas las

actividades de evaluación, a excepción de las de laboratorio, si ha conseguido al menos el 50%

del valor total (1.5 puntos) y con la condición de que haya superado también el Proyecto Fin de

Asignatura (PFA) al menos en un 50% (0.5 puntos). Si ha superado las prácticas pero no el PFA,

el alumno tiene que evaluarse nuevamente del PFA y en cualquier otro caso revaluarse de

todas la prácticas. Las calificaciones de esas actividades serán las obtenidas cuando las cursó.

No obstante, el alumno puede optar por repetir estas actividades de nuevo con la intención de

mejorar su calificación.

Sistemas de Control – Guía de aprendizaje – Otoño 2012 Página 26

ITINERARIO DE SÓLO PRUEBA FINAL Está compuesto por cuatro pruebas básicas:

Examen de teoría: similar al examen global de la evaluación continua.

Examen de laboratorio: recoge todas las actividades prácticas evaluables en un

examen a realizar en el laboratorio.

Examen del Proyecto Final de Asignatura: resolución del mismo problema que los

alumnos de evaluación continua.

Examen oral: exposición al tribunal de evaluación de la asignatura de la resolución de

un ejercicio o supuesto práctico.

PRUEBA FINAL Total

Examen de teoría 4

Examen de laboratorio 3

Examen del Proyecto Fin de Asignatura 1

Examen oral 2

Total Asignatura 10