PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA

Control Automático

Especialidad : Ingeniería Mecánica

Ingeniería Mecatrónica

Clave : MEC284

Área : Mecatrónica Créditos : 4,25

Ciclo : Octavo Teoría : 3 horas semanales

Semestre : 2015-1 Práctica : 2 horas quincenales

Profesores : Dante Elias Laboratorio : 3 horas quincenales

Allan Flores

Elizabeth Villota

Requisitos Ingeniería Mecánica

Ingeniería

Mecatrónica

:

:

[IEE2A5], MEC208, MEC209

(MTR216)(MEC2T1)(IEE223)

I. DESCRIPCIÓN DEL CURSO

Se estudia el principio de funcionamiento de los sistemas de control automático, así como sus

métodos de análisis y diseño. Complementariamente, se describen los dispositivos que se

emplean en la implementación de los sistemas de control.

II. OBJETIVOS

Al finalizar este curso, el alumno conocerá los fundamentos del control automático utilizados

en plantas industriales e identificará los modelos matemáticos de los sistemas físicos más

frecuentes en sistemas mecánicos y energéticos. Asimismo, podrá describir los métodos de

análisis de los sistemas lineales en el dominio del tiempo y en el dominio de frecuencia.

Además, los alumnos estarán capacitados para modelar y analizar procesos dinámicos tanto en

lazo abierto como en lazo cerrado y tendrán los conocimientos necesarios para diseñar

controladores sencillos.

Estos objetivos contribuyen al logro de los resultados (a), (b), (e) y (k) de los once propuestos

por el Accreditation Board for Engineering and Technology (ABET) de los Estados Unidos.

Los cuatro resultados mencionados establecen que los alumnos deben alcanzar:

(a) Habilidad para aplicar conocimientos de matemáticas, ciencias e ingeniería.

(b) Habilidad para diseñar y conducir experimentos, así como para analizar e interpretar

información.

(e) Habilidad para identificar, formular y resolver problemas de ingeniería.

(k) Habilidad para emplear técnicas, destrezas y herramientas de la ingeniería moderna,

necesarias para la práctica de la profesión.

- 2 -

III. PROGRAMA ANALÍTICO

1. Introducción (3 horas)

Historia del control automático. Ejemplos de aplicación. Conceptos básicos. Componentes de

un sistema de control. Clasificación de los sistemas de control.

2. Modelos matemáticos (6 horas)

Modelos matemáticos más usados en sistemas mecánicos y energéticos. Linealización

Aplicación de la Transformada de Laplace. Función de Transferencia. Diagrama de bloques.

3. Control realimentado (3 horas)

Características de los sistemas de control realimentado: Sistemas en lazo abierto y lazo

cerrado. Perturbaciones y variables manipuladas.

4. Análisis en el dominio del tiempo (3 horas)

Especificaciones en el dominio del tiempo. Plano “s” y respuesta transitoria. Error en régimen

permanente. Cifras de mérito.

5. El controlador PID (4 horas)

Acción proporcional, acción integral y acción derivativa. Análisis en el plano “s”. Sintonía de

controladores PID analizando plano “s”.

6. Estabilidad de sistemas realimentados lineales (6 horas)

Concepto de estabilidad. Criterio de Routh-Hurwitz. Lugar de raíces en el plano “s”.

Construcción del lugar de las raíces. Determinación de parámetros de control utilizando lugar

de las raíces.

7. Método de respuestas de frecuencia (6 horas)

Función de transferencia en el dominio de la frecuencia. Gráficos de respuesta en frecuencia:

Bode, Nyquist y Nichols. Especificación en el dominio de la frecuencia. Relación entre

respuesta en frecuencia y la respuesta en el tiempo.

8. Estabilidad en el dominio de la frecuencia (3 horas)

El criterio Nyquist. Estabilidad relativa. Respuesta en frecuencia en lazo cerrado. Estabilidad

de sistemas con retardo.

9. Compensación de sistemas de control realimentado (5 horas)

Compensadores en sistemas de control realimentado: Atraso de fase y Adelanto de fase.

Análisis en diagramas de Bode. Diseño de sistemas de control en el dominio de la frecuencia.

10. Sintonización de controladores PID (3 horas)

Sintonización usando Ziehgler-Nichols. Diseño de sistemas de control en el dominio del

tiempo.

- 3 -

Temas para desarrollar en laboratorios

Lab1: Modelación de procesos e introducción al programa de simulación

Lab2: Identificación de plantas industriales (flujo, nivel, presión y temperatura)

Lab3: Respuesta en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia

Lab4: Técnicas experimentales de sintonización en controladores PID

Lab5: Modelación y diseño de los parámetros del controlador.

IV. BIBLIOGRAFÍA

Lectura obligatoria:

1. Katsuhiko Ogata. “Modern Control Engineering”. 4th ed. 2001. Prentice-Hall Inc.

Lectura complementaria:

1. Katsuhiko Ogata. “System Dynamics”. 4th ed. 2003. Prentice-Hall Inc.

2. Eronini Umez-Eronini. “Dinámica de Sistemas y Control”. 2001. International

Thomson Editores S.A.

3. Katsuhiko Ogata “Solving control engineering problems with MATLAB”. 1994.

Prentice-Hall Inc.

4. Richard Dorf. “Modern Control Systems”. 7th ed. 1995. Addison-Wesley.

V. METODOLOGÍA

El curso se desarrolla con sesiones teóricas de 3 horas a la semana, 4 sesiones de evaluación

práctica de aula y 5 sesiones de evaluación práctica de laboratorio.

En las sesiones teóricas se presentan los conocimientos básicos y se discuten problemas de

aplicación. Se utiliza material audiovisual como ayuda didáctica. Las evaluaciones prácticas

de aula y de laboratorio sirven para que el alumno complemente sus conocimientos y

desarrolle habilidades en la resolución de ejercicios.

En las sesiones de teoría se requiere que el alumno realice previamente algunas lecturas, que

le serán indicadas oportunamente, de tal manera que logre una participación activa en el

desarrollo de la temática correspondiente.

Los laboratorios servirán para familiarizarse con el uso del Matlab para el diseño y la

simulación de sistemas de control automático.

- 4 -

VI. SISTEMA DE EVALUACIÓN

En este curso se aplica la modalidad de evaluación 2, que establece que el promedio se calcula

con la siguiente fórmula:

Nota Final = (3 Ex1 + 3 Ex2 + 2 Pa + 2 Pb) / 10

Donde: Exi = Examen iésimo

Pa = Promedio de prácticas Tipo “a”, sin considerar la menor nota

Pb = Promedio de todas las prácticas Tipo “b”

San Miguel, marzo de 2015.