Doble Grau en International Computer Engineering and Management of Business and Technology

Sistemes de control

Descripció
Aquesta assignatura pretén introduir a l’alumne teoria bàsica pel disseny de controladors per sistemes dinàmics. A la primera part del curs s’estudiaran conceptes fonamentals pel control automàtic i les diferents representacions de sistemes dinàmics. A la segona part del curs s’estudiarà l’estabilitat dels sistemes dinàmics. La tercera part del curs consistirà en l’estudi del disseny de controladors a partir de la funció de transferència del sistema. A l’última part del curs es donarà una breu introducció al control en espai d’estats.
Tipus assignatura
Optativa
Semestre
Segon
Crèdits
3.00

Professors Docents

Coneixements previs

Teoria de Circuits. Realimentació.

Objectius

Els Resultats d’Aprenentatge d’aquesta assignatura són:

1 Coneixements bàsics de control i modelització de sistemes dinàmics amb equacions diferencials.
2 Transforació d’equacions diferencials lineals a diagrames de blocs, funcions de transferència i models en l’espai d’estats.
3 Anàlisi de la resposta temporal d’un sistema dinàmic i identificació dels models dinàmics en funció de la resposta temporal.
4 Saber determinar l’estabilitat dels sistemes dinàmics.
5 Disseny de controladors en l’espai de freqüència a partir de les especificacions.
6 Saber valorar el rendiment del controlador dissenyat a partir de la resposta temporal obtinguda.

Continguts

Part I. Conceptes bàsics de control y representació de sistemes dinàmics
1. Introducció a sistemes de control
1.1 Definicions: Planta, controlador, variable a controlar, variable de control, pertorbació
1.2 Sistemas en llaç obert i llaç tancat

2. Sistemas dinàmics
2.1 Tipus de sistemes dinàmics
2.1.1 Sistemes variants e invariants en el temps
2.1.2 Sistemes lineals i no lineals
2.1.3 Linearització de sistemes no lineals
2.2 Model matemàtic de sistemes elèctrics i mecànics
2.3 Representació en l’espai de freqüències
2.3.1 Funcions de transferència
2.3.2 Pols i zeros d’un sistema
2.3.3 Forma canònica i guany canònic
2.4 Representació de diagrames de blocs
2.5 Sistemes amb múltiples entrades i sortides
2.6 Representació en l’espai d’estats

Part II. Resposta temporal d’un sistema dinàmic i estudi de l’estabilitat
3. Caracterització de la resposta temporal d’un sistema dinàmic
3.1 Introducció
3.2 Senyals d’entrada elementals
3.3 Sistemes de primer ordre
3.4 Sistemes de segon ordre
3.5 Sistemes d’ordre superior

4. Anàlisis d’estabilitat
4.1 Introducció
4.2 Estabilitat per localització dels pols al pla complex
4.3 Criteri de Routh-Hurwitz
4.4 Error permanent i tipo de sistema

Part III. Disseny de controladors en l’espai de freqüències
5. Anàlisis i disseny de sistemes de control
5.1 Accions de Control Proporcional, Integral i Derivativa
5.1.1 Controlador Proporcional
5.1.2 Controlador Proporcional-Integral
5.1.3 Controlador Proporcional-Integral-Derivatiu (PID)
5.2 Anàlisis i disseny de controladors basats en el lloc geomètric de les arrels
5.2.1 Lloc geomètric de les arrels
5.2.2 Disseny de controladors a partir del lloc geomètric de les arrels
5.3 Sintonització de Controladors PID amb el mètode Ziegler-Nichols

Part IV. Introducció a l’espai d’estats
6. Espai d’estats
6.1 Definició i representació d’estats
6.2 Funcions de transferència a espai d’estats
6.3 Espai d’estats a funcions de transferència
6.4 Pols, zeros i ordre d’un sistema en l’espai d’estats

Metodologia

L’assignatura es basarà en classes teòriques que sempre aniran acompanyades d’exemples i exercicis. A més a més, es realitzaran problemes pràctics amb Matlab.

Avaluació

Per aprovar l’assignatura serà necessari obtenir una qualificació mínima de cinc (5). La qualificació final serà calculada de la següent manera:

Nota_assignatura =
20% · Nota_AC +
20% · Nota_Pràctiques +
60% ·Nota_Exàmens

Nota_AC serà la nota de l’avaluació contínua. Avaluarà la participació a través dels exercicis proposats i realitzats a classe setmanalment.

Nota_Pràctiques avaluarà dos informes de pràctiques que es realitzaran a casa. S’utilitzarà el software Matlab per modelar i simular sistemes dinàmics i per dissenyar controladors.

Nota_Exàmens serà la nota dels dos exàmens durant el curs: el punt de control i l’examen final. Com que l’aprenentatge de l’assignatura és incremental, alguns coneixements del punt de control seran necessaris per l’examen final. Es permetrà ús de formulari. Per aprovar el curs es requereix una nota mínima de 4.0 a Nota_Exàmens. Aquesta nota es calcularà de la següent manera:

• Si Nota_PuntdeControl > 4.0 i Nota_ExamenFinal > 4.0:

Nota_Exàmenes =
Màxim( 50% · Nota_PuntdeControl +
50% · Nota_ExamenFinal,
Nota_ExamenFinal)

• Si Nota_PuntdeControl < 4.0 i Nota_ExamenFinal > 4.0

Nota_Exàmenes =
100% ·Nota_ExamenFinal

• Si Nota_ExamenFinal < 4.0: convocatòria extraordinària.

Els alumnes que no aprovin a la convocatòria ordinària hauran de presentar-se a la convocatòria extraordinària per realitzar un examen de recuperació. Les pràctiques també seran recuperables, sempre sent consensuades amb el professor. L’avaluació contínua no serà recuperable. La nota final es calcularà com:

Nota_assignatura =
20% · Nota_AC +
20% · Nota_Pràctiques +
60% ·Nota_Recuperació

Criteris avaluació

Objectiu 1
L´estudiant ha de demostrar tenir els coneixements bàsics necessaris relacionats amb l'assignatura [A]

Objectiu 2
L´estudiant ha de saber resoldre i dissenyar qualsevol problema en l´àmbit del disseny de sistemes de control que se'l plantegi [A, D]

Objectiu 3
L´estudiant ha d'estar habituat en el treball amb l'ordinador i amb l'anàlisi i disseny de sistemes mitjançant l'ordinador [D]

Objectiu 4
L´estudiant ha de tenir la capacitat necessària per aplicar els coneixements adquirits a la pràctica, tot resolent qualsevol problema que se'ls pugui plantejar [A, D]

Bibliografia bàsica

Ogata, Katsuhiko, Ingeniería de Control Moderna
B.C. Kuo, Digital Control Systems, Holt, Rinehard and Winston

Material complementari

Ogata, Katsuhiko, Discrete-Time Control Systems, Prentice-Hall
D'Azzo-Houpis, Sistemas lineales de control
P. De Larminat, Automatique des sistemes lineaires, Flammarion Sciencies
G. Rao, Complex digital control systems, Van Nostrand-Reinhold
J. Corominas, Introducción al control de procesos por ordenador, Marcombo
J.M. Angulo, Curso de robótica, Paraninfo
R. Dorf, Sistemas automáticos de control. Teoría y práctica, Fondo Educativo Interamericano
L. Pontryaguine, Theorie mathematique des processus optimaux, Mir
M. El-Hawary, Control System Engineering, Reston
Olle I. Elgerd, Control Systems Theory, Mc. Graw-Hill
Y. Faes, Commande des Processus Industriels par calculateur, Masson
V. Hernando Gutierrez, Autómatas programables y su aplicación a la informática industrial, Comisión Cursos AEIT/COIT
S.M. Shinners, Modern Control Systems. Theory and Application, Addisson-Wesley Charles L. Phillips / H. Troy Nagle, Sistemas de Control Digital. Análisis y Diseño, Gustavo Gili