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INGENIERÍA MECATRÓNICA
TEORÍA DE CONTROL
TEC-ES
REV00
II
Directorio
Lic. Emilio Chuayffet Chemor
Secretario de Educación
Dr. Fernando Serrano Migallón
Subsecretario de Educación Superior
Mtro. Héctor Arreola Soria
Coordinador General de Universidades Tecnológicas y Politécnicas
Dr. Gustavo Flores Fernández
Coordinador de Universidades Politécnicas.
III
Pagina Legal.
Participantes
D. en C. Danya Aguilar George - Universidad Politécnica de Tlaxcala
M. en C. María del Rayo Zempoalteca Ramírez - Universidad Politécnica de Tlaxcala
D. en C. Juan Crescenciano Cruz Victoria - Universidad Politécnica de Tlaxcala
Primera Edición: 2013
DR 2013 Coordinación de Universidades Politécnicas.
Número de registro:
México, D.F.
ISBN-----------------
IV
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................ 1
PROGRAMA DE ESTUDIOS .......................................................................................................................... 2
FICHA TÉCNICA ............................................................................................................................................. 3
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA O PROYECTO........................................................................................... 5
INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN ............................................................................................................. 10
GLOSARIO ................................................................................................................................................... 22
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................................ 25
1
INTRODUCCIÓN
La ingeniería Mecatrónica incorpora a elementos de Electrónica, de Mecánica y de sistemas
computacionales, los desarrollos de la Microelectrónica, la Inteligencia Artificial, la Teoría de
Control y otros relacionados con la Informática. En la Mecatrónica se obtiene información de
sensores y se utiliza un plan de acción que le permite al sistema controlado alcanzar metas
establecidas.
Este manual introduce a estudiantes a la teoría y práctica de Ingeniería de Sistemas de
Control. El texto destaca la aplicación práctica de la asignatura al análisis y diseño de
sistemas retroalimentados por medio de técnicas convencionales de Control Analógico,
tanto Clásico como Moderno, aplicables en la Ingeniería Mecatrónica.
El estudio de la Ingeniería de Sistemas de Control es esencial para estudiantes de Ingeniería
Mecatrónica tanto como de otras disciplinas, tales como: Ingeniería Eléctrica, Ingeniería
Electrónica, Ingeniería Mecánica, Ingeniería Aeroespacial, Ingeniería Química, etc. Los
sistemas de control se encuentran en una amplia variedad de aplicaciones en todas ellas.
El alumno de Ingeniería Mecatrónica debe contar con una inteligencia práctica y creativa,
razonamiento analítico y sintético, iniciativa y un fuerte compromiso para el auto estudio y la
investigación. Se espera que sea capaz de aplicar los conocimientos de Teoría de Control
adquiridos para desarrollar sistemas, máquinas, instrumentos y herramientas útiles al
servicio de la industria, de la sociedad y del ser humano.
2
PROGRAMA DE ESTUDIO
PresencialNO
PresencialPresencial
NO
Presencial
Al completar la unidad de aprendizaje,
el alumno será capaz de:
* Clasificar los diferentes tipos de sistemas
de control en lazo cerrado y sus principales
elementos.
* Obtener la función de transferencia de un
sistema en lazo abierto y lazo cerrado.
ED1: Exposición para identificar
los tipos de sistemas de control
y sus elementos.
EC1: Cuestionario con
problemas que involucran la
obtención de la función de
transferencia de sistemas en
lazo abierto y en lazo cerrado.
Conferencia o
exposición.
Instrucción
programada.
Ilustraciones y
esquemas
Lectura comentada.
Utilizar diagramas,
ilustraciones, esquemas
y cuadros sinópticos.
Realización de resumen.
Resolver situaciones
problemáticas.
X N/A N/A N/A N/A
Pizarrón.
Diapositivas.
Material impreso.
Equipo de cómputo.
Proyector (cañón).7 2 o o
Documental y de
campo.
Guia de observación para
exposición de los sistemas de
control y sus elementos.
Cuestionario con problemas
que involucran la obtención de
la función de transferencia de
sistemas en lazo abierto y en
lazo cerrado.
Al completar la unidad de aprendizaje,
el alumno será capaz de:
* Establecer el comportamiento dinámico y
el error en estado estacionario de los
sistemas de primero, segundo y orden
superior a partir de la simulación.
* Realizar el análisis de estabilidad del
sistema, utilizando diferentes métodos,
como son: Ubicación de polos y Routh-
Hurwitz.
EC1: Cuestionario del
comportamiento dinámico y
error en estado estacionario de
los sistemas de primer, segundo
y orden superior.
EP1: Elaborar reporte de
práctica sobre análisis de
estabilidad y error en estado
estacionarioy verificar los
resultados por medio de
herramientas computacionales.
Conferencia o
exposición.
Discusión dirigida.
Instrucción
programada.
Lectura comentada
Lectura comentada.
Utilizar diagramas,
ilustraciones, esquemas
y cuadros sinópticos.
Investigaciones y
demostración.
Realización de resumen.
Resolver situaciones
problemáticas.
X X N/A N/A
Pr1. Análisis de estabilidad
y error en estado
estacionario
Pizarrón.
Diapositivas.
Material impreso.
Software.
Equipo de cómputo.
Proyector (cañón).
Software.
13 3 5 0 Documental
Cuestionario del
comportamiento dinámico y
error en estado estacionario de
los sistemas de primer,
segundo y orden superior.
Lista de cotejo para reporte de
práctica de análisis de
estabilidad y error en estado
estacionario.
Al completar la unidad de aprendizaje,
el alumno será capaz de:
* Verificar la estabilidad de sistemas en el
dominio de la frecuencia a través de
diagramas de Bode y de Nyquist.
EP1: Elaborar reporte de la
práctica de comparación de
diagramas de Bode y Nyquist
obtenidos mediante la
simulación, para el análisis de
estabilidad de sistemas.
Conferencia o
exposición.
Discusión dirigida.
Instrucción
programada.
Resumen.
Taller y práctica
medianta la acción
Lectura comentada.
Utilizar diagramas,
ilustraciones, esquemas
y cuadros sinópticos.
Investigaciones y
demostración.
Realización de resumen.
Resolver situaciones
problemáticas.
X X N/A N/A
Pr2. Comparación de
diagramas de Bode y
Nyquist
Pizarrón.
Diapositivas.
Material impreso.
Software.
Dispositivos
electrónicos
Equipo de cómputo.
Proyector (cañón). 9 3 6 0 Documental
Lista de cotejo para reporte de
práctica de diagramas de Bode
y Nyquist.
Al completar la unidad de aprendizaje,
el alumno será capaz de:
* Determinar la estabilidad, controlabilidad
y observabilidad de sistemas lineales
invariantes en el tiempo.
* Diseñar controladores con
retroalimentación de estado.
EC1: Cuestionario para
determinar estabilidad,
controlabilidad y observabilidad
de diversos sistemas.
EP1: Reporte de práctica sobre
el diseño de controladores con
retroalimentación de estado.
Conferencia o
exposición.
Discusión dirigida.
Instrucción
programada.
Resumen.
Taller y práctica
medianta la acción
Lectura comentada.
Utilizar diagramas,
ilustraciones, esquemas
y cuadros sinópticos.
Investigaciones y
demostración.
Realización de resumen.
Resolver situaciones
problemáticas.
X X N/A N/A
Pr4. Diseño de controladores
por retroalimentación de
estado (Control Moderno)
Pizarrón.
Diapositivas.
Material impreso.
Software.
Equipo de cómputo.
Proyector (cañón).9 4 9 0 Documental
EC1: Cuestionario con
problemas que involucran la
obtención de propiedades de
diversos sistemas.
EP1: Lista de cotejo para
reporte de práctica del diseño
de controladores por
retroalimentación de estado.
7 3 10 0
Al completar la unidad de aprendizaje,
el alumno será capaz de:
* Diseñar controladores por medio de
compensadores de adelanto y de atraso y
métodos de sintonización de controladores
PID por Ziegler-Nichols.
* Implementar un controlador PID analógico.
Conferencia o
exposición.
Discusión dirigida.
Instrucción progamada.
Lectura comentada.
Utilizar diagramas,
ilustraciones, esquemas
y cuadros sinópticos.
Investigaciones y
demostración.
Realización de resumen.
Resolver situaciones
problemáticas.
Taller y práctica
mediante la acción.
X X
Proyecto1.
Prototipo de
sistema con un
controlador PID,
sintonizado por
el método de
Ziegler-Nichols.
Pr3. Diseño de
compensadores de adelanto
y atraso
2 Respuesta de los sistemas de
control en el dominio del
tiempo, estabil idad y error en
estado estacionario
1 Introducción a la Teoría de
Control
RESULTADOS DE APRENDIZAJE
3 Análisis de sistemas en el
dominio de la frecuencia
5 Control en el espacio de
estados
UNIDADES DE APRENDIZAJE
4 Diseño de controladores por
métodos convencionales
FECHA DE EMISIÓN:
UNIVERSIDADES PARTICIPANTES:
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA:
TOTAL HRS. DEL CUATRIMESTRE:
TEC-ES
El alumno será capaz de realizar el análisis, el diseño y la implementación de sistemas de control empleando técnicas clásicas de control analógico, que permitan obtener un desempeño satisfactorio de acuerdo a las especificaciones de diseño dadas.
90 horas.
03 de julio de 2012
Formar profesionistas con valores universales, competentes en el diseño, desarrollo, mantenimiento e implantación de sistemas, productos o procesos mecatrónicos, con el fin de innovar, mejorar e impulsar el desarrollo tecnológico regional y nacional.
Teoría de Control
OTRO
Universidad Politécnica de Tlaxcala (UPT), Universidad Politécnica de Chihuahua (UPCH), Universidad Politécnica de Pachuca (UPP) y Universidad Politécnica del Valle de México (UPVM)
PROYECTOPARA EL
APRENDIZAJE
(ALUMNO)
ESPACIO EDUCATIVO
MATERIALES
REQUERIDOSEVIDENCIAS
NOMBRE DE LA ASIGNATURA:
CLAVE DE LA ASIGNATURA:
PARA LA
ENSEÑANZA
(PROFESOR)
Ingeniería Mecatrónica.
CONTENIDOS PARA LA FORMACIÓN
EVALUACIÓN
PRÁCTICA EQUIPOS
REQUERIDOS
ESTRATEGIA DE APRENDIZAJE
OBSERVACIÓN
PROGRAMA DE ESTUDIO
DATOS GENERALES
AULA LABORATORIO INSTRUMENTO
MOVILIDAD FORMATIVA
NOMBRE DEL PROGRAMA EDUCATIVO:
OBJETIVO DEL PROGRAMA EDUCATIVO:
PRÁCTICA
EP1: Reporte de práctica del
diseño de compensadores de
adelanto y atraso
EP2: Proyecto. Prototipo de
sistema con un controlador PID,
sintonizado por el método de
Ziegler-Nichols.
Lista de cotejo para reporte de
práctica de diseño de
compensadores de adelanto y
atraso.
Rúbrica para proyecto del
controlador PID, sintonizado
por el método de Ziegler-
Nichols, aplicado en un
sistema analógico.
Documental
Equipo de cómputo.
Proyector (cañón).
Software.
Pizarrón.
Diapositivas.
Material impreso.
Software.
TOTAL DE HORASTECNICAS SUGERIDAS
TÉCNICA
TEÓRICA
N/A
3
FICHA TÉCNICA
TEORÍA DE CONTROL
Nombre: TEORÍA DE CONTROL
Clave: TEC-ES
Justificación:
Esta asignatura permitirá al alumno contar con los elementos necesarios para
realizar el diseño y la implementación de sistemas de control analógico,
apoyándose para ello en el uso de herramientas computacionales que
faciliten el análisis, el diseño y la simulación de los mismos.
Objetivo:
El alumno será capaz de realizar el análisis, el diseño y la implementación de
sistemas de control empleando técnicas clásicas de control analógico, que
permitan obtener un desempeño satisfactorio de acuerdo a las
especificaciones de diseño dadas.
Habilidades:
Liderazgo, lectura y escritura, comunicación oral y escrita, razonamiento
matemático, capacidad de comprensión, discriminación de la información,
uso de las tecnologías informáticas y de comunicación.
Competencias
genéricas a
desarrollar:
Capacidades para análisis y síntesis para aprender, para resolver problemas,
aplicar los conocimientos en la práctica, adaptarse a nuevas situaciones,
cuidar la calidad, gestionar la información y trabajar en forma autónoma y en
equipo.
Capacidades a desarrollar en la asignatura Competencias a las que contribuye la
asignatura
Seleccionar las tecnologías mecatrónicas
disponibles para integrar la solución
cumpliendo con las especificaciones de diseño.
Emplear los elementos mecatrónicos para la
integración de un modelo o prototipo,
basándose en las especificaciones de diseño.
Determinar los dispositivos de entrada,
salida y de control para mejorar el desempeño
Integrar modelos y prototipos mecatrónicos para
validar la funcionalidad de los sistemas, productos
o procesos propuestos empleando dispositivos
físicos y software de simulación.
Implementar elementos mecatrónicos para la
automatización de sistemas o procesos con base
al resultado del diagnóstico.
Determinar la configuración de robots para su
4
del sistema o proceso con base a las
especificaciones técnicas y a los requerimientos
del diagnóstico realizado.
Actualizar el sistema o proceso para mejorar su
funcionamiento incorporando los elementos de
entrada, salida y de control.
Emplear modelos matemáticos de robots para
determinar las características de los
movimientos mediante la aplicación de la
cinemática directa e inversa y el análisis
dinámico.
operación en sistemas de producción con el uso
de modelos matemáticos y su simulación.
Estimación de tiempo
(horas) necesario para
transmitir el aprendizaje al
alumno, por Unidad de
Aprendizaje:
Unidades de aprendizaje
HORAS TEORÍA HORAS PRÁCTICA
Presencial
No
presencial
Presencial
No
presencial
Introducción a la Teoría
de Control. 7 2 0 0
Respuesta de los sistemas
de control en el dominio
del tiempo, estabilidad y
error en estado
estacionario.
13 3 5 0
Análisis de sistemas en el
dominio de la frecuencia 9 3 6 0
Diseño de controladores
por métodos
convencionales
7 3 10 0
Control en el espacio de
estados 9 4 9 0
Total de horas por
cuatrimestre: 90
Total de horas por semana: 6
Créditos: 6
5
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA O PROYECTO
Nombre de la asignatura: Teoría de Control.
Nombre de la Unidad de
Aprendizaje:
Respuesta de los sistemas de control en el dominio del tiempo, estabilidad y
error en estado estacionario.
Nombre de la práctica o
proyecto:
Análisis de estabilidad y error en estado estacionario.
Número: 1
Duración (horas) : 5
Resultado de
aprendizaje:
Al completar la unidad de aprendizaje, el alumno será capaz de:
* Establecer el comportamiento dinámico y el error en estado estacionario de
los sistemas de primero, segundo y orden superior a partir de la simulación.
* Realizar el análisis de estabilidad del sistema, utilizando diferentes
métodos, como son: Ubicación de polos y Routh-Hurwitz.
Requerimientos (Material
o equipo): Papel, lápiz, computadora, software sugerido: Matlab.
Actividades a desarrollar en la práctica:
El profesor realizará una exposición introductoria del tema.
Los alumnos realizarán el análisis del comportamiento dinámico de diversos sistemas de primer y
segundo orden y lo verificarán por medio de herramientas computacionales.
Los alumnos reportarán por escrito tanto el desarrollo como sus resultados y conclusiones.
Evidencias a las que contribuye el desarrollo de la práctica:
EP1. Elaborar reporte de práctica sobre análisis de estabilidad y error en estado estacionario y verificar
los resultados por medio de herramientas computacionales.
6
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA O PROYECTO
Nombre de la asignatura: Teoría de Control
Nombre de la Unidad de
Aprendizaje:
Análisis de sistemas en el dominio de la frecuencia
Nombre de la práctica o
proyecto:
Comparación de diagramas de Bode y Nyquist
Número: 2
Duración (horas) : 6
Resultado de
aprendizaje:
Al completar la unidad de aprendizaje, el alumno será capaz de:
Verificar la estabilidad de sistemas en el dominio de la frecuencia a través de
diagramas de Bode y de Nyquist.
Requerimientos (Material
o equipo): Papel, lápiz, computadora, software sugerido: Matlab.
Actividades a desarrollar en la práctica:
Para el profesor
1.- Designar el sistema a controlar (real o asignar función de transferencia) y los requerimientos (tiempo
de asentamiento, tiempo pico o tiempo de levantamiento, error en estado estable, factor de
amortiguamiento relativo o sobrepaso )
Para el estudiante
2.- Evalúe con una aproximación de segundo orden el ancho de banda requerido para satisfacer los
requerimientos.
3.- Fije ganancia K (satisfacer requerimiento de error en estado estable)
4.- Obtenga diagramas de Bode ( magnitud y fase) para dicha ganancia
5.- Calcule Margen de fase y ganancia (satisfacer factor de amortiguamiento relativo o sobre paso en
porcentaje) empleando una aproximación de segundo orden.
a. Traza de Nyquist
b. Traza de Bode
6.- Seleccione nueva frecuencia de margen de fase ( cercana a BW)
7.- Seleccione un de adelanto de fase (satisfaga margen de fase), más un (atraso de fase).
8.- Diseño del compensador de atraso de fase :
a. Frecuencia de corte (superior e inferior)
b. Asentamiento del sistema (especificación del error en estado estable)
c. Calcule 9.Diseño del compensador de adelanto de fase
a. Frecuencia de corte (superior e inferior)
b. Calcule .
10. Evalué el ancho de banda ( satisfacción de requerimientos punto1)
7
11 Rediseño (si el margen de fase y o transitorio no son satisfactorio); demuestre por:
a. Análisis.
b. Simulación
12. Generar reporte de práctica
Evidencias a las que contribuye el desarrollo de la práctica:
EP1. Elaborar reporte de la práctica de comparación de diagramas de Bode y Nyquist obtenidos
mediante la simulación, para el análisis de estabilidad de sistemas.
8
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA O PROYECTO
Nombre de la asignatura: Teoría de Control
Nombre de la Unidad de
Aprendizaje:
Diseño de controladores por métodos convencionales
Nombre de la práctica o
proyecto:
Diseño de compensadores de adelanto y atraso
Número: 3
Duración (horas) : 10
Resultado de
aprendizaje:
Al completar la unidad de aprendizaje, el alumno será capaz de:
* Diseñar controladores por medio de compensadores de adelanto y de
atraso y métodos de sintonización de controladores PID por Ziegler-Nichols.
* Implementar un controlador PID analógico.
Requerimientos (Material
o equipo): Papel, lápiz, computadora, software sugerido: Matlab.
Actividades a desarrollar en la práctica:
Para el profesor
1.- Designar el sistema a controlar (real o asignar función de transferencia) y los requerimientos
(sobrepaso, tiempo de asentamiento, error en estado estable debido a una entrada en particular).
2.- Evalúe el desempeño del sistema no compensado (determine mejoría en respuesta transitoria).
Para el estudiante
3.- Diseño del compensador
a. Satisfaga las especificaciones de la respuesta transitoria
b. Ubique ceros, polos y ganancia de lazo
4.- Simular sistema (verificación satisfacción de requerimientos).
5.- Observaciones para rediseño (no se han satisfecho los requerimientos)
6.- Evalúe operación del error en estado estable para sistema compensado de adelanto (determine
mejoría de error en estado estable)
7.- Repita pasos 4 y 5 hasta que la simulación demuestre que los requerimientos han sido satisfechos.
8. Generar reporte de práctica.
Los alumnos reportan por escrito tanto el desarrollo como sus resultados y conclusiones.
Evidencias a las que contribuye el desarrollo de la práctica:
EP1. Reporte de práctica del diseño de compensadores de adelanto y atraso
9
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA O PROYECTO
Nombre de la asignatura: Teoría de Control
Nombre de la Unidad de
Aprendizaje:
Control en el espacio de estados
Nombre de la práctica o
proyecto:
Diseño de controladores por retroalimentación de estado (Control Moderno)
Número: 4
Duración (horas) : 9
Resultado de
aprendizaje:
Al completar la unidad de aprendizaje, el alumno será capaz de:
* Determinar la estabilidad, controlabilidad y observabilidad de sistemas
lineales invariantes en el tiempo.
* Diseñar controladores con retroalimentación de estado.
Requerimientos (Material
o equipo): Papel, lápiz, computadora, software sugerido: Matlab.
Actividades a desarrollar en la práctica:
El profesor realizará una exposición introductoria del tema.
Los alumnos realizarán el diseño de controladores con retroalimentación de estado.
Los alumnos reportan por escrito tanto el desarrollo como sus resultados y conclusiones.
Evidencias a las que contribuye el desarrollo de la práctica:
EP1. Reporte de práctica sobre el diseño de controladores con retroalimentación de estado.
10
INSTRUMENTOS
DE
EVALUACIÓN
11
ASIGNATURA: Teoría de Control FECHA
UNIDAD DE APRENDIZAJE:
Introducción a la Teoría de Control
GRUPO
ALUMNO: MATRICULA
Unidad 1. Introducción a la Teoría de Control
Sistemas de control: partes
Cuestionario con problemas que involucran la identificación de las partes de sistemas en lazo abierto y en lazo
cerrado.
1. En los siguientes esquemas de control retroalimentado, declare cada una de sus partes y justifique sus
respuestas.
a)
CUESTIONARIO
12
b)
2. Describa un sistema en lazo abierto y uno en lazo cerrado, analice cada uno de ellos, declare cada una de
sus partes y comente.
Evidencia que contribuye a la evaluación sumativa y formativa: Unidad 1 EC1.
13
ASIGNATURA: Teoría de Control FECHA
UNIDAD DE APRENDIZAJE:
Introducción a la Teoría de Control
GRUPO
ALUMNO: MATRICULA
Unidad 1. Introducción a la Teoría de Control
Función de transferencia
Cuestionario con problemas que involucran la obtención de la función de transferencia de sistemas en lazo
abierto y en lazo cerrado.
Obtenga la función de transferencia general de los siguientes diagramas de bloques.
1.
2.
CUESTIONARIO
14
3.
Evidencia que contribuye a la evaluación sumativa y formativa: Unidad 1 EC1.
15
Unidad 2. Respuesta de los sistemas de control en el dominio del tiempo, estabilidad y error
en estado estacionario: Sistemas de segundo orden
Cuestionario con problemas que involucran la obtención de propiedades de diversos sistemas.
1. Considere el sistema en lazo cerrado obtenido mediante:
Determine los valores de 𝛇 y para que el sistema responda a una entrada escalón con un sobrepaso
de aproximadamente 5% y un tiempo de asentamiento de 2 segundos (use el criterio del 2%).
2. Suponga que existe un registro de la oscilación amortiguada tal como aparece en la figura,
determine el factor de amortiguamiento relativo del sistema a partir de la gráfica.
(Considere la misma función de transferencia que en el ejemplo anterior)
Evidencia que contribuye a la evaluación sumativa y formativa: Unidad 2 EC1.
CUESTIONARIO
ASIGATURA: Teoría de Control FECHA
UNIDAD DE APRENDIZAJE: Respuesta de los sistemas de control en el
dominio del tiempo, estabilidad y error en estado
estacionario
GRUPO
ALUMNO: MATRICULA
16
Unidad 5. Control en el espacio de estados: controlabilidad y observabilidad de diversos
sistemas.
Controladores con retroalimentación de estado Cuestionario con problemas que involucran la obtención de propiedades de diversos sistemas. 1. Analice la controlabilidad y la observabilidad del siguiente sistema que representa un sistema masa-resorte-amortiguador bajo las siguientes restricciones: K=1 Nm, b=2 Ns/m, m=1kg.
2
1
2
1
2
1
01y
1
0
21
10
x
x
ux
x
x
x
2. Analice la controlabilidad y la observabilidad del siguiente sistema que representa un péndulo invertido bajo las siguientes restricciones: un tiempo de establecimiento de 2 seg., un amortiguamiento
CUESTIONARIO
ASIGATURA: Teoría de Control FECHA
UNIDAD DE APRENDIZAJE: Control en el espacio de estados
GRUPO
ALUMNO: MATRICULA
x
k
b
m
x
b
)(tf
17
de 0.5, M=2Kg, m=0.1 Kg y l=0.5m.
4
3
2
1
2
1
4
3
2
1
4
3
2
1
0100
0001
y
y
5.0
0
1
0
0004905.0
1000
0006.20
0010
x
x
x
x
u
x
x
x
x
x
x
x
x
Evidencia que contribuye a la evaluación sumativa y formativa: Unidad 5 EC1.
18
Aspecto a
evaluar
Competente
10
Independiente
9
Básico
avanzado
8
Básico
umbral
7
Insuficiente
O
Análisis y
síntesis de la
información
(5 puntos)
Realiza un
análisis claro y
exhaustivo de la
información
obtenida,
clarificando la
relación teórico –
práctica.
Existe
profundidad en
las conclusiones
obtenidas.
Muestra los
puntos
elementales de la
práctica de forma
sintetizada,
muestra la
relación teórico –
práctica.
Realiza
conclusiones
claras, y reflejan
el contenido real.
Indica
parcialmente
los conceptos
elementales
de la práctica.
Muestra la
relación
teórico –
práctica.
Presenta
conclusiones
generales.
Muestra
algunas ideas
referentes a la
práctica.
Muestra
escasamente
la relación
teórico –
práctica.
Sus
conclusiones
son escasas
pero
entendibles.
Carece de un
análisis claro,
lo presenta
incompleto o
no lo presenta.
Presenta una
conclusión sin
las ideas
principales.
Organización
de la
información
(3 puntos)
Presenta todos
los requisitos
mínimos*.
Agrupa los
conceptos y los
jerarquiza de lo
general a lo
específico
apropiadamente
y logra presentar
sus ideas.
Presenta de los
requisitos
mínimos, al
menos el 75%.
Agrupa los
conceptos y los
jerarquiza de lo
general a lo
específico
apropiadamente y
logra presentar
sus ideas.
Presenta de
los requisitos
mínimos, al
menos el 50%.
Agrupa los
conceptos y
logra presentar
sus ideas.
Presenta de los
requisitos
mínimos, al
menos el 25%.
Manifiesta
algunos
conceptos y
logra presentar
sus ideas.
Presenta
menos del 25%
de los
requisitos
mínimos.
No agrupa los
conceptos y no
presenta ideas
propias.
Forma
(2 puntos)
Cumple con todos
los elementos a
considerar:
1. Requisitos
mínimos*.
2. Referentes de
fuentes de
información.
3. Orden y
limpieza del
trabajo.
4. Ortografía.
Cumple con
cuatro de los
elementos
requeridos.
Cumple con
tres de los
elementos
requeridos.
Cumple con
dos de los
elementos
requeridos.
No reúne los
criterios
mínimos para
elaborar un
reporte.
INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN
Rúbrica para reporte de práctica
19
5. Datos
generales**.
* Portada, introducción, lista de equipo, desarrollo de la práctica, datos, análisis de los datos y
conclusiones.
** Nombre y número de la práctica; nombre del alumno y de la asignatura, fecha. Evidencia que contribuye a la evaluación sumativa y formativa:
Unidad 2. EP1.
Unidad 3 EP1.
Unidad 4 EP1.
Unidad 5 EP1.
20
INSTRUCCIONES
Revisar los documentos o actividades que se solicitan y marque en los apartados “SI” cuando la evidencia a evaluar se cumple; en
caso contrario marque “NO”. En la columna “OBSERVACIONES” ocúpela cuando tenga que hacer comentarios referentes a lo
observado.
Valor del
reactivo
Característica a cumplir (Reactivo) CUMPLE OBSERVACIONES
SI NO
18% Documentación del Tema. Práctica o Proyecto *
Entrega en tiempo y bajo los lineamientos del
instrumento de evaluación indicado ( lista de cotejo,
rúbrica)
Especifique al
estudiante el tipo de
instrumento de
evaluación a utilizar y
marque como si al
alcanzar calificación
aprobatoria al aplicar
dicho instrumento.
1% Puntualidad para iniciar y concluir la exposición
14% Esquema de diapositiva. Imágenes y dibujos
técnicos de calidad, colores y tamaño de letra
apropiada..
1% Portada: Nombre de la escuela (logotipo),
Carrera, Asignatura, Profesor, Alumnos,
Matricula, Grupo, Lugar y fecha de entrega.
4% Ortografía (cero errores ortográficos).
4% Exposición
Uso de diapositivas como apoyo, no lectura total
25% Desarrollo de tema práctica o proyecto*:
cumple con los lineamientos del instrumento de
evaluación para el elemento a presentar:
Tema: fundamentado, con secuencia estructurada
Práctica o proyecto: lista de cotejo o guía de
observación
Especifique al
estudiante el tipo de
instrumento de
evaluación a utilizar y
marque como si al
alcanzar calificación
aprobatoria al aplicar
dicho instrumento.
4% Expresión no verbal: Gestos, miradas y lenguaje
corporal.
Desenvolvimiento en la exposición
15% Dominio del tema
4% Habla con seguridad
8% Responde a los cuestionamientos adecuadamente
INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN LISTA DE COTEJO
EXPOSICION INDIVIDUAL / EQUIPO
21
2% Presentación y arreglo personal
100% CALIFICACIÓN:
*El instrumento se presenta muy general en las secciones marcadas, debido a que el
sistema a controlar puede tener diversos contextos y la selección del instrumento de
evaluación adecuado corresponderá al criterio del facilitador.
Evidencia que contribuye a la evaluación sumativa y formativa:
Unidad 4 EP2.
22
GLOSARIO
Acción derivativa: El cambio presente en la salida del controlador depende de la duración
del error y que tan rápido cambia.
Acción integral: El cambio presente en la salida del controlador depende del tamaño y
duración del error en la medición.
Acción proporcional: El cambio presente en la salida del controlador es algún múltiplo del
porcentaje de cambio en la medición.
Compensador: dispositivo o conjunto de dispositivos que se emplean para:
1) Reducir el error estático sin afectar a la respuesta transitoria.
2) Estabilizar un sistema inestable o cuando se desea obtener unos determinados márgenes
de fase y de ganancia en un sistema estable.
3) Obtener un ancho de banda sin sobrepasar un valor dado de ganancia.
4) Mejorar la respuesta transitoria sin variar el error estático.
5) Establecer un compromiso entre la respuesta transitoria y la respuesta frecuencial.
Compensación por adelanto: Produce una mejora en la respuesta transitoria y una pequeña
mejora en la exactitud del régimen permanente, incrementando en una unidad el orden del
sistema. Produce un aumento del margen de fase y del ancho de banda (reducción del
tiempo de establecimiento). Permite modificar el lugar de las raíces (colocación de los polos
de lazo cerrado en el lugar deseado).
Compensación por atraso: produce una mejora apreciable en la exactitud del régimen
estacionario a costa de incrementar el tiempo de la respuesta transitoria. Aumenta en una
unidad el orden del sistema y reduce el ancho de banda del sistema (disminuye la
frecuencia de cruce).
Controlabilidad: Propiedad de un sistema por el que se puede hallar una entrada que lleve
toda variable de estado desde un estado inicial deseado hasta un estado final deseado en
un tiempo finito.
Controlador: Subsistema que genera la entrada a la planta o proceso.
Criterio de Routh-Hurwitz: Método para determinar cuántas raíces de un polinomio de s
están en el semiplano derecho, el semiplano izquierdo del plano s, y sobre el eje imaginario.
Excepto en casos especiales, el criterio de Routh-Hurwitz no da las coordenadas de las
raíces.
Diagrama de bloques: Representación de la interconexión de subsistemas que forman un
sistema. En un sistema lineal, el diagrama de bloques está formado por bloques que
representan subsistemas, las flechas representan señales, puntos suma y puntos de unión.
23
Diagrama de Nyquist (traza). Gráfica de respuesta en frecuencia polar hecha para la función
de transferencia en lazo abierto.
Ecuaciones de estado: Conjunto de ecuaciones diferenciales simultáneas de primer orden
con n variables, donde las n variables por despejar son las variables de estado.
Error. Diferencia entre la entrada y salida de un sistema.
Error en estado estacionario: Diferencia entre la entrada y salida de un sistema después de
que la respuesta libre haya caído a cero.
Espacio de estados: Espacio de n dimensiones cuyos ejes son las variables de estado.
Estabilidad: Característica de un sistema definida por una respuesta libre que decae a
medida que el tiempo se aproxima a infinito.
Especificaciones de diseño: Son particulares para cada proyecto, pero todas tienen unas
características generales:
1) Estabilidad absoluta: desde un punto de vista matemático, todos los polos del sistema en
lazo cerrado deben estar en el semiplano izquierdo del plano s.
2) Estabilidad relativa razonable: la velocidad de respuesta debe ser rápida y la respuesta
debe tener un amortiguamiento adecuado.
3) Se deben poder reducir los errores estacionarios o llevarlos a unas cotas muy pequeñas.
Esta especificación y la anterior son incompatibles, por lo que habrá que lograr un
compromiso entre ambas.
4) Rechaz0 a perturbaciones, es decir, funcionar correctamente a pesar de la presencia de
éstas.
5) Especificaciones frecuenciales: margen de fase y de ganancia, pico y frecuencia de
resonancia, ancho de banda y frecuencia de corte, velocidad de corte, etc.
Frecuencia de margen de fase: Frecuencia a la que la gráfica de respuesta en frecuencia es
igual a cero dB. Es la frecuencia a la que se mide el margen de fase.
Frecuencia de margen de ganancia: Frecuencia a la que la gráfica de respuesta en
frecuencia de fase es igual a 180°. Es la frecuencia a la que se mide el margen de
ganancia.
Función de transferencia. Cociente entre la transformada de Laplace de la salida de un
sistema y la transformada de Laplace de la entrada.
Lugar geométrico de las raíces. El lugar geométrico de polos en lazo cerrado cuando varía un
parámetro de un sistema. El lugar geométrico se obtiene de polos y ceros en lazo abierto.
Método de Ziegler-Nichols: Reglas para determinar los valores de los parámetros de un
regulador PID que tiene por función de transferencia:
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Observabilidad: Propiedad por la que las variables de estado se pueden estimar a partir
desconocimiento de la entrada y la salida.
Polos: Valores de la variable de transformada de Laplace, s, que hace que la función de
transferencia sea infinita.
Sistema de control: Ordenamiento de componentes físicos conectados de tal manera que el
mismo pueda comandar, dirigir o regularse a sí mismo o a otro sistema.
Sistema en lazo abierto: Sistema que no observa su salida ni corrige perturbaciones.
Sistema en lazo cerrado: Sistema que observa su salida y corrige perturbaciones. Se
caracteriza por trayectorias de retroalimentación.
Técnicas de respuesta de frecuencia: Método de analizar y diseñar sistemas de control
usando las características de respuesta en frecuencia senoidal de un sistema.
Traza de Bode: Gráfica de respuesta en frecuencia senoidal, donde la respuesta en
magnitud se grafica en forma separada de la respuesta en fase. La gráfica en magnitud es
dB contra el log ω, y la gráfica de fase es fase contra el log ω. En sistemas de control, la
traza de Bode suele hacerse para la función de transferencia en lazo abierto.
Variables de estado: Conjunto mínimo de variables de estado linealmente independientes
tales que los valores de los miembros del conjunto en el tiempo t0, junto con funciones
forzadas conocidas, determinan completamente el valor de todas las variables de sistemas
para toda t≥ t0.
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TÍTULO:
Mecatrónica: Sistemas de control electrónico en ingeniería
mecánica y eléctrica 4ta edición
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W. Bolton
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EDITORIAL O REFERENCIA: Pearson Prentice Hall
LUGAR Y AÑO DE LA EDICIÓN EEUU, 2008
ISBN O REGISTRO:
978-84-267-1315-5
Sitio Web
Matlab & Simulink
http://www.mathworks.com/
