SISTEMA ITESM
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Mr00028 Sistemas de Control II
(2-2-8. Requisito: Haber aprobado Mr00027. 8 IME).
Equivalencia: Tf95896.
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OBJETIVOS GENERALES DE LA MATERIA
Conocer los conceptos básicos
de análisis y diseño de sistemas de control lógico secuencial.
Conocer los conceptos básicos requeridos para el análisis y diseño
de controladores discretos, del tipo convencional y no convencional, utilizados
en el control computarizado de procesos industriales, que involucren el control
de variables tales como: temperaturas, flujos, presiones y el control de servomecanismos
como los utilizados en máquinas CNC y manipuladores robóticos.
El tratamiento se limita al caso lineal, discreto univariable. Realizar prácticas
de laboratorio relacionadas con el control lógico, analógico y
computarizado de procesos de manufactura.
OBJETIVOS GENERALES DE LOS TEMAS
1 Conocer los conceptos básicos del análisis y diseño de sistemas de control lógico secuencial.
2 Conocer acerca de las técnicas clásicas de análisis y diseño de sistemas de control y su estabilidad utilizando los métodos de lugar de raices y de respuesta a la frecuencia.
3 Conocer el métodode lugar de raíces para determinar la estabilidad absoluta y relativa de los sistemas de control discretos.
4 Aprender a diseñar controladores discretos del tipo PID y realizar el ajuste de sus parámetros basados en criterios de estabilidad relativa y absoluta.
5 Conocer sobre las aplicaciones de control discreto al control de procesos industriales, máquinas herramientas y manipuladores robóticos.
6 Conocer la simbología empleada por la ISA para diagramas de instrumentación y control que involucren el uso de controladores, microprocesadores y microcomputadoras.
7 Conocer acerca de los conceptos de control distribuido, control supervisorio.
8 Diseñar control en cascada, control inferencial, control antealimentado y otras estrategiasde control implementadas en sistemas de control computarizado de procesos.
9 Realizar prácticas de
laboratorio relacionadas con el control lógico, analógico y computarizado
de procesos y de manufactura.
TEMAS Y SUBTEMAS DEL CURSO
1 Introducción al análisis y diseño de sistemas de control lógico secuencial.
1.1 Técnicas de análisis de los sistemas lógicos secuenciales.
1.2 Metodología para el diseño de sistemas de control lógico secuencial.
2 Técnicas clásicas para el diseño de controladores.
2.1 Método del lugar de las raíces.
2.2 Respuesta a la frecuencia.
2.2.1 Diagramas de Bode.
2.2.2 Criterios de estabilidad relativa: margen de ganancia y margen de fase.
3 Transformada Z.
3.1 Introducción a los sistemas de control discretos.
3.2 Definición de la transformada Z.
3.3 Teoremas y propiedades de la transformada Z.
3.4 Transformada Z modificada y transformada Z de funciones típicas.
3.5 Transformada Z inversa.
4 Modelos matemáticos de sistemas discretos.
4.1 Modelos discretos de procesos reales.
4.2 Modelos discretos de controladores convencionales PID.
4.3 Funciones de transferencia, diagramas de bloques y diagramas de flujo de señales de sistemas discretos.
4.4 Respuesta transitoria y al estado estable de sistemas de control discreto.
5 Estabilidad absoluta y estabilidad relativa.
5.1 Estabilidad absoluta y relativa de un sistema de control discreto.
5.2 El método de lugar de las raíces.
6 Sintonización y diseño de controladores digitales.
6.1 Técnicas de sintonización de controladores PID digitales.
7 Lazos discretos de control de posición y estrategias avanzadas de control discreto.
7.1 Control de ejes de movimiento en máquinas herramientas.
7.2 Control de manipuladores robóticos.
7.3 Control en cascada y control con antealimentación.
7.4 Control distribuido computarizado y control supervisorio.
7.5 Simbología de la ISA en diagramas de instrumentación de sistemas de control computarizado.
8 Prácticas de laboratorio.
8.1 Prácticas relacionadas con el control lógico utilizando componentes electrónicas, eléctricas, neumáticas y PLCís incluyendo robots secuenciales.
8.2 Prácticas relacionadas con el control analógico de procesos univariables incluyendo servo control de posición.
8.3 Prácticas relacionadas
con el control computarizado de procesos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS DE APRENDIZAJE
1 Introducción al análisis y diseño de sistemas de control lógico industrial.
1.1 Técnicas de análisis de sistemas lógicos secuenciales.
1.1.1 Conocer los diferentes modelos de circuitos lógicos de secuencia y su representación gráfica.
1.1.2 Conocer el funcionamiento de las memorias RSFK, JKFF, TFF, GLFF.
1.1.3 Saber utilizar los diagramas de transición de estados en el análisis de los circuitos de secuencia.
1.2 Metodologías para el diseño de sistemas de control lógico secuencial
1.2.1 Utilizar el método de la tabla de interrupción para el diseño de control lógico secuencial utilizando componentes eléctricos, electrónicos, neumáticos y PLCís.
1.2.2 Utilizar el método de diagramas secuenciales (Grafcet) para el control lógico secuencial utilizando PLCís.
2 Técnicas clásicas para el diseño de controladores.
2.1 Definir con sus propias palabras lo que es una gráfica del lugar de las raíces, aprender las reglas para construcción, construirla manualmente y mediante paquetes computacionales y utilizarla en la sintonización de controladores.
2.2 Definir con sus propias palabras que es la respuesta a la frecuencia y las metodologías más usuales para obtenerla y representarla.
2.2.1 Definir con sus propias palabras lo que representan los diagramas de Bode, conocer la forma de construirlas, construirlas manualmente y mediante paquetes computacionales y utilizarla en la identificación de procesos y/o sintonización de controladores.
2.2.2 Definir con su palabras margen de fase y margen de ganancia y obtenerlos para un sistema de control.
3 3.1 Ventajas y limitaciones de los sistemas de control discreto.
3.1.1 Conocer acerca de las posibilidades de aplicación de las computadoras en el control y monitoreo de procesos.
3.1.2 Conocer las ventajas y limitaciones de los sistemas de control computarizado.
3.2 Características generales de los lazos de control discreto.
3.2.1 Conocer acerca de las componentes principales de un lazo de control discreto y sus características.
3.3 Aprender la definición de la transformada Z y de los operadores de adelanto-atraso y su relación con las ecuaciones de diferencias que representan a procesos muestreados.
3.4 Saber aplicar los teoremas y las propiedades de la transformada Z.
3.5 3.5.1 Saber aplicar la transformada Z modificada en procesos con tiempo muerto.
3.5.2 Conocer y saber obtener la transformada Z, Z modificada y la función generadora en operadores de funciones simples.
3.5.3 Saber utilizar las tablas de transformada Z y Z modificada.
3.6 3.6.1 Conocer la definición de transformada Z inversa y su significado en el dominio del tiempo muestreado.
3.6.2 Saber obtener la transformada Z inversa por los métodos de división larga, expansión en fracciones parciales y el uso de las tablas de transformada Z.
4 4.1 4.1.1 Saber obtener la ecuación de diferencias de procesos reales.
4.1.2 Saber obtener la función de transferencia operacional de un proceso.
4.1.3 Conocer los diferentes tipos de retenedores en especial el de orden Zero y su función de transferencia en el dominio de la transformada Z.
4.1.4 Saber obtener funciones de transferencia de procesos reales utilizando el retenedor de orden Zero y la transformada Z.
4.2 4.2.1 Saber obtener el equivalente discreto de los controladores PID y obtener su función de transferencia discreta.
4.2.2 Conocer tipos especiales de controladores PID discretos.
4.3 4.3.1 Saber obtener diagramas de bloques y diagramas de flujo de señales de sistemas discretos.
4.3.2 Obtener funciones de transferencia discreta a partir de su diagrama de bloques o de su diagrama de flujo de señales.
4.4 Saber obtener la respuesta transitoria y al estado estable de sistemas de control discreto utilizando los métodos de división larga o de expansión en fracciones parciales en combinación con las tablas de transformada Z.
5 5.1 Conocer la relación que existe entre las regiones de estabilidad absoluta y relativa entre el plano S y el plano Z.
5.2 Saber utilizar el método del lugar de las raíces en los sistemas discretos.
6 6.1 Saber aplicar las técnicas de sintonización de controladores PID digitales: Criterios integrales y los basados en razón de caída.
7 7.1 Describir y analizar lazos de control de movimiento de los típicamente utilizados en máquinas herramientas.
7.2 Diseñar el lazo de control de posición de los ejes de movimiento de un manipulador robótico.
7.3 Diseño avanzado de controladores.
7.3.1 Diseñar controladores no convencionales basados en técnicas de cancelación de polos del tipo de un Paso y Dahlin.
7.3.2 Diseñar controladores discretos para control en cascada, control antealimentado y control en cascada antealimentado.
7.3.3 Conocer los aspectos relativos a la planeación de la incorporación de un sistema de control distribuido en una planta.
7.3.4 Conocer acerca de algunas técnicas de control supervisorio de procesos.
7.4 Conocer la simbología de la ISA en los diagramas de instrumentación de sistemas de control computarizado.
8 8.1 Realizar 5 prácticas de laboratorio de control lógico combinatorio y secuencial utilizando componentes electrónicos, eléctricos, neumáticos, PLCís con aplicaciones a los robots secuenciales y automatización de manufactura.
8.2 Realizar 5 prácticas de control analógico de procesos univariables utilizando PIDís, control en cascada y ante alimentado.
8.3 Realizar 3 prácticas
de control computarizado utilizando PIDís y control supervisorio todo
esto residente en PCís y control distribuido computarizado en el TDC-3000.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
Asistencia a las sesiones de clase,
en donde se tendrán exposiciones de clase complementadas con el uso de
medios audiovisuales tales como: filminas, transparencias. Asignación
de tareas que involucren simulaciones computacionales utilizando paquetes comerciales
y desarrollados en el propio Instituto. Se tendrán prácticas de
laboratorio que involucre el control lógico, analógico y computarizado
de procesos reales.
TIEMPO ESTIMADO DE CADA TEMA
1 6.0 horas 4 3.0 horas 7 3.0 horas
2 9.0 horas 5 1.5 horas 8 26.0 horas
3 3.0 horas 6 1.5 horas
EVALUACION DE LA PARTE TEORICA
Primer parcial 20% Segundo parcial 20%
Tercer parcial 20% Tareas 10%
Examen final 30%
EVALUACION DEL LABORATORIO
Promedio en los reportes de laboratorio 70%
Examen del laboratorio 30%
Evaluación del curso
Parte teórica 70%
Laboratorio 30%
TOTAL 100%
LIBRO (S) DE TEXTO
Smith, Cecil
Digital Computer Process Control
Chapters 4, 6 y 8
Intext Educational Publishers
Ogata
Modern Control Engineering
2nd. Edition
Prentice Hall 1990
LIBRO(S) DE CONSULTA
Franklin, Gene F. and Powell J. David Harrison & Bollinger
Digital Control of Dynamic Systems Introduction to Automatic Control
2da. Edición International Text Book
Addison Wesley 1990 1969
Dorf Richard Aström & Hägglund
Modern Control Systems, 6a. Ed. Automatic Tuning of PID Controllers
Addison Wesley, 1992 ISA 1988
Kuo, Benjamín C. Pradeep B. Desh pande y Raymond H. Ash
Automatic Control Systems 6a. Ed. Computer Process Control 2a. edición
Prentice Hall 1991 Instrument Society
of America 1991
Paul Katz Benjamin Kuo
Digital Control using Micro processors Digital Control Systems 2a. edición
Prentice Hall International 1981
Holt, Rinehart and Winston 1980
Rolf Isermann Seborg, Edgar & Mellichamp
Digital Control Systems Vol i & II 2a. edición Process Dymanics and Control
Springer Verlag 1989 Wiley 1989
Astrom & Wittenmark Bollinger & Duffy
Computer Controlled Systems Computer Control of Machines and Process
Prentice Hall 1990 Addison Wesley
1989
REVISTAS
Control Engineering INTECH (ISA)
Journal of Dynamic Systems, measurement IEEE Transactions on Automatic Control
and Control (ASME) IEEE Transactions on Industry Applications
IEEE Transactions on Biomedical IEEE Control Systems magazine
Engineering Robotics Today
Robotics and computer Integrated Controls and Systems
Manufacturing I&CS The industrial & Process control
Machine Design Magazine
Manufacturing Systems Mechanical Engineering (ASME)
A I CH E Journal Control and Instrumentation
Hydraulics & Pneumatics
SOFTWARE DE APOYO
CC / System Technology, Inc. / Versión 4.0
Matrix-X Integrated / Systems Inc.
Mat Lab / Math Works Inc. / Versión 4.0
Mat Lab Tools for Control System
Analysis and Design