UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

PROGRAMA ANALÍTICO FIME

Nombre de la unidad de aprendizaje: Dinámica Estructural y Lab Frecuencia semanal: 3 horas Horas presenciales: 48 horas Horas de trabajo extra-aula: Modalidad: presencial Período académico: semestre Unidad de aprendizaje: ( x) obligatoria ( ) optativa Área curricular, según el nivel educativo: Licenciatura ( ) Formación básica profesional ( ) Formación profesional ( ) Formación general Universitaria ( ) Libre elección Créditos UANL: Fecha de elaboración: Fecha de la última actualización: 14/2/2017 Responsables del diseño: Dr. Luis Antonio Amézquita Brooks Presentación:

Esta unidad de aprendizaje está dividida en 3 unidades temáticas. En la primera unidad temática se cubren los elementos fundamentales de los sistemas dinámicos en lazo cerrado. En la segunda se estudian las herramientas de análisis y controladores básicos. Finalmente, en la tercera unidad temática se estudia el análisis y diseño en el dominio de la frecuencia de sistemas de control. Propósito:

Esta unidad de aprendizaje tiene como finalidad que el estudiante desarrolle competencias que contribuyen al perfil del ingeniero en

aeronáutica. Además permite fundamentar los requerimientos previos para las unidades de aprendizaje posteriores de Dinámica de Vuelo y Aeroelasticidad.

Competencias del perfil de egreso: a. Competencias de la Formación General Universitaria a las que contribuye esta unidad de aprendizaje:

Esta unidad de aprendizaje contribuye al desarrollo de las siguientes competencias generales: Competencias instrumentales:

• Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y

expresar ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque ecuménico. • Emplea pensamiento lógico, crítico, creativo y propositivo para analizar fenómenos naturales y sociales que le permitan tomar decisiones

pertinentes en su ámbito de influencia con responsabilidad social.

b. Competencias específicas del perfil de egreso a las que contribuye la unidad de aprendizaje:

• Generar modelos en lenguaje matemático que describan el comportamiento de un sistema, fenómeno o proceso, mediante el planteamiento de hipótesis, que le permita validarlos por métodos analíticos o herramientas computacionales.

Representación gráfica Considerando el propósito, las competencias y el producto integrador de aprendizaje, bosquejar mediante una representación gráfica el proceso global de construcción del aprendizaje, partiendo de la problematización del objeto de estudio de la unidad de aprendizaje, para desarrollar las competencias descritas y elaborar el producto integrador de aprendizaje

Competencias de la Unidad de

AprendizajeInstrumentales

Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y expresar ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento

con un enfoque ecuménico.

Unidad Temática 1 Solución de problemas de sistemas dinámicos lineales interconectados

Emplea pensamiento lógico, crítico, creativo y propositivo para analizar fenómenos naturales y

sociales que le permitan tomar decisiones pertinentes en su ámbito de influencia con

responsabilidad social.

Unidad Temática 2

Solución de problemas de diseño de

controladores PID.

Solución de problemas de aplicación del

criterio de estabilidad de Routh-Hurwitz.

Unidad Temática 3

Solución de problemas de trazado de diagramas de

Nyquist y su interpretación.

Solución de problemas de diseño de compensadores utlizando herramientas de

análisis fecuencial.

Unidad temática 1: Elementos fundamentales de los sistemas dinámicos en lazo cerrado. Competencias particulares: Utiliza los conceptos fundamentales de algebra de bloques y plano de diseño S para describir el comportamiento de sistemas dinámicos lineales interconectados.

Elementos de Competencia

Evidencias de aprendizaje

Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

*Describir y analizar sistemas dinámicos lineales interconectados.

*Solución de problemas de sistemas dinámicos lineales interconectados (algebra de bloques).

*Se evaluará el planteamiento, el procedimiento de resolución de los problemas, el resultado final y la interpretación de los resultados en aplicaciones realistas. Así mismo, se evaluará la entrega en tiempo y forma.

*Estudiar dentro y fuera del aula las herramientas de análisis de álgebra de bloques y plano de diseño S mediante la realización de actividades individuales y grupales en las que se resuelvan problemas de aplicación dentro de la ingeniería aeronáutica.

* Álgebra de bloques. *Sistemas en paralelo. *Sistemas en serie. *Sistemas en lazo cerrado. *Simplificación de diagramas de bloques. * Plano de diseño S.

* Elementos del aula. * Libros de texto y de consulta. * Artículos de revista y congreso.

Unidad temática 2: Controladores básicos y herramientas de análisis básicas. Competencias particulares: Utiliza las herramientas básicas de la teoría de control clásico para analizar y resolver problemas de sistemas dinámicos en lazo cerrado.

Elementos de Competencia

Evidencias de aprendizaje Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

*Diseñar controladores Proporcional Integral Derivativo (PID) para sistemas dinámicos lineales. *Diseñar controladores utilizando la herramienta del criterio de estabilidad de Routh-Hurwitz. *Analizar y diseñar sistemas de control en lazo cerrado mediante la herramienta del lugar geométrico de las raíces.

*Solución de problemas de diseño de controladores PID. *Solución de problemas de aplicación del criterio de estabilidad de Routh-Hurwitz. *Solución de problemas de aplicación del lugar geométrico de las raices.

*Se evaluará el planteamiento, el procedimiento de resolución de los problemas, el resultado final y la interpretación de los resultados en aplicaciones realistas. Así mismo, se evaluará la entrega en tiempo y forma. *Se evaluará el planteamiento, el procedimiento de resolución de los problemas, el resultado final y la interpretación de los resultados en aplicaciones realistas. Así mismo, se evaluará la entrega en tiempo y forma. *Se evaluará el planteamiento, el procedimiento de resolución de los problemas, el resultado final y la interpretación de los resultados en aplicaciones realistas. Así mismo, se evaluará la entrega en tiempo y forma.

*Estudiar dentro y fuera del aula los métodos y procedimientos necesarios para el diseño de controladores PID. *Estudiar dentro y fuera del aula los métodos y procedimientos necesarios para utilizar el criterio de estabilidad de Routh-Hurwitz para el diseño de controladores. *Estudiar dentro y fuera del aula los elementos principales para el trazado del lugar geométrico de las raíces y su aplicación al diseño de controladores.

*Fundamentos de controladores PID. *Diseño de controladores PID mediante ubicación de polos. *Dominancia aplicada al diseño de controladores. *Criterio de estabilidad de Routh-Hurwitz *Métodos de Ziegler-Nichols. *Trazado del lugar geométrico de las raíces. *Diseño de controladores utilizado el lugar geométrico de las raíces.

* Elementos del aula. * Libros de texto y de consulta. * Artículos de revista y congreso.

Unidad temática 3: Análisis y diseño en el dominio de la frecuencia Competencias particulares: Utiliza las herramientas de análisis en el dominio de la frecuencia para determinar la estabilidad de sistemas dinámicos en lazo cerrado y para diseñar controladores.

Elementos de Competencia

Evidencias de aprendizaje

Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

*Elaborar e interpretar el diagrama de Nyquist para determinad la estabilidad relativa. *Diseñar compensadores en el dominio de la frecuencia.

*Solución de problemas de trazado de diagramas de Nyquist y su interpretación. *Solución de problemas de diseño de compensadores utlizando herramientas de análisis fecuencial.

*Se evaluará el planteamiento, el procedimiento de resolución de los problemas, el resultado final y la interpretación de los resultados en aplicaciones realistas. Así mismo, se evaluará la entrega en tiempo y forma.

*Estudiar dentro y fuera del aula los métodos y procedimientos necesarios para el trazado de los diagramas de Nyquist y su relación con el diagrama de Bode.

* Trazado de diagramas de Nyquist. *Criterio de estabilidad de Nyquist. *Margen de ganancia y de fase. *Compensadores de adelanto y atraso.

* Elementos del aula. * Libros de texto y de consulta. * Artículos de revista y congreso.

Evaluación integral de procesos y productos Evidencia Ponderación Examen de medio término 25% Examen final 25% Examen rápido 1 10% Examen rápido 2 10% Tareas (conceptos, algebra de bloques, sistemas retroalimentados, lugar de las raices, frecuencial) 15% Producto integrador 15%

Producto integrador del aprendizaje de la unidad de aprendizaje: Al finalizar la unidad de aprendizaje el alumno entregará en equipos que designe el profesor un proyecto, el cual constará de los siguientes

elementos: • Simulación de un sistema de control incluyendo una comparación de tres técnicas de diseño de controladores. • Un reporte que incluya:

o Modelado de la planta. o Diseño de controladores mediante tres técnicas vistas en clase. o Análisis de los márgenes de robustez de cada diseño. o Simulación de los sistemas de control. o Comparación entre los diferentes controladores.

Fuentes de apoyo y consulta:

& Libro: DYNAMIC MODELING AND CONTROL OF ENGINEERING SYSTEMS Autor: Bohdan T. Kulakowski

Editorial: Cambridge University Press

& Libro: Ingeniería de control moderna Autor: Katsuhiko Ogata Editorial: Pearson Education

& Libro: DINAMICA DE SISTEMAS Y CONTROL Autor: Eronini-Umez-Eronini

Editorial: Thomson Learning

o Tema: Base de datos del “Institute of Electrical and Electronics Engineers” (IEEE) Liga: ieeexplore.org

Fecha última revisión: 5/5/2014

& Revista: Journal of Guidance, Control, and Dynamics Año: 2007

# de revista: AIAA Journal of Guidance, Control, and Dynamics Mes: Enero

Nombre del artículo: Review of Flight Dynamics Autor: John Valasek

Perfil del docente: Grado mínimo de Maestría con especialidad en: Aeronáutica, mecánica, mecatrónica, electrónica o control. Ficha bibliográfica del profesor: El Dr. Amézquita actualmente labora como profesor de tiempo completo en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Electrónica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. El Dr. Amézquita cuenta con el título de Doctorado Ciencias de la Ingeniería con una especialización en Sistemas Autónomos otorgado por el 2010 por el Tecnológico de Monterrey. También tiene los grados de Maestro en Ciencias de la Ingeniería con especialización en Automatización y Control y de Ingeniería en Sistemas Electrónicos otorgados por la misma institución. La actividad principal del Dr. Amézquita es la investigación y la docencia en las áreas de dinámica de vuelo y sistemas dinámicos.