guia de componente practico 2013-ii

7/27/2019 Guia de Componente Practico 2013-II

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

GUIA COMPONENTE PRCTICO DEL CURSO: 299005 CONTROL ANALGICO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA


GUA COMPONENTE PRCTICO

299005 CONTROL ANALOGICO

FABIAN BOLIVAR MARIN

(Director Nacional)

ANGEL ALEJANDRO RODRIGUEZ

Acreditador

NEIVA

2013


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2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

La presente gua fue diseada en el ao 2013 por el Ingeniero Fabin

Bolvar Marn, tutor de la UNAD-Zona Sur, CCAV Neiva.

El material ha sido revisado por el Ingeniero Juan Olegario Monroy

Vsquez quien actualmente se desempea como tutor en la UNAD CEAD

Sogamoso. Actualmente es acreditado por el Ing Angel Alejandro Rodriguez


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3. INDICE DE CONTENIDO

TEMA Pg.

INTRODUCCIN..

OBJETIVOS..

LISTADO DE TABLAS

LISTADO DE GRAFICAS Y FIGURAS.

CARACTERISTICAS GENERALES.

DESCRIPCIN DE PRCTICAS..

PRACTICA No 1.

PRACTICA No 2..

ANEXOS.

FUENTES DOCUMENTALES

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INTRODUCCIN

El curso de Control Analgico es la base para ingresar al mundo de la Automatizacin;

desde esta ptica, es pertinente involucrar al estudiante en todos aquellos aspectos que le

permitan identificar los diferentes contextos donde se aplica la temtica o contenidos

tericos del curso. De esta forma habr una mejor apropiacin de los conceptos ms

elementales como la clasificacin de los Sistemas de Control hasta el diseo e

implementacin de Sistemas de Control PID teniendo en cuenta aspectos como la

controlabilidad, observabilidad y las reglas de sintonizacin utilizadas.


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OBJETIVOS DE LA PRCTICA:

Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso Control Analgico para eldiseo de controladores P, PI y PID.

Comprender y diferenciar la dinmica de un sistema cuando se aplicandistintos tipos de controladores.

Analizar la respuesta transitoria y en estado estable con cada tipo decontrolador.

Interpretar y analizar lo que significa en un sistema de control la

Observabilidad y la Controlabilidad.


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4.1 LISTADO DE TABLAS

Tabla 1: Registro de la respuesta de la planta

Tabla 2: Parmetros de arranque para los controladores

Tabla 3: Respuesta del sistema con los controladores diseados

Tabla 4: Parmetros finales para la mejor respuesta

Tabla 5: Respuesta del sistema con controladores finales

Tabla 6: Algunos comandos y funciones de matlab

4.2 LISTADO DE GRFICOS Y FIGURAS

Figura 1: Funcin de transferencia de la planta

Figura 2: Montaje en simulink para la simulacin de los controladores

Figura 3: Representacin del sistema en espacio de estados

Figura 4: Matrices del espacio de estados

Figura 5: Respuesta a escaln en matlab.


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5. CARACTERSTICAS GENERALES

Introduccin El Control Anlogo es el rea bsica de laautomatizacin y le permite al estudiantedesarrollar las habilidades y competencias

suficientes para enfrentar el rea de

profundizacin de la Automatizacin y

Control.

Justificacin El desarrollo del componente prctico delcurso Control Analgico permite consolidar

la apropiacin de los conceptos y teoras

del Control Anlogo aplicado a contextosreales del rea de la automatizacin.

Intencionalidades formativas Propsitos: Complementar el desarrollotematico del curso Control Analgico.

Objetivos: Lograr que el estudiante se

apropie e interprete los conceptos teoricos

del curso.

Metas: Lograr que los estudiantes del curso

Control Analgico interpreten los criteriosbasicos del modelamiento matemtico, el

diseo e implementacin de Sistemas de

Control.

Competencias: El estudiante adquiere la

formacin para identificar, interpretar,

argumentar y resolver problemas del

contexto de aplicacin del Control

Analgico con idoneidad y compromiso

tico, articulando el saber ser, el saberhacer y el saber conocer.

Denominacin de practicas Prctica 1: Diseo de controladores.

Practica 2: Anlisis de Controlabilidad y

Observabilidad en sistemas.

Nmero de horas 16


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Porcentaje 100 puntos en plataforma. (20% de la notadefinitiva)

Curso Evaluado por proyecto SI___ NO X

Seguridad industrial Las prcticas son desarrolladas sobresoftware de modelamiento matemtico ysimuladores, por lo tanto no existen riesgossignificativos.


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6. DESCRIPCIN DE PRCTICAS

PRACTICA No. 01 Diseo de controladores

Tipo de practica

Presencial X Autodirigida X Remota X

Porcentaje de evaluacin 60 puntosHoras de la practica 12 horasTemticas de la prctica Unidad 1, Captulo 4 de la Unidad 2

Intencionalidadesformativas

Propsito: Complementar el desarrollo tematico dela Unidad 1 del curso y del captulo 4 de la Unidad 2

del mismo.

Objetivo: Identificar las competencias adquiridas por

el estudiante en el diseo de controladores.

Meta: Lograr que el estudiante adquiera destreza en

el diseo de controladores P, PI y PID.

Competencia: El estudiante adquiere fortalezas,

habilidades y aplica los conocimientos del curso

Control Analgico en el desarrollo y sintonizacin de

controladores P, PI y PID


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Fundamentacin Terica

Toda la temtica planteada en la Unidad 1 y captulo 4 de la Unidad 2 del mdulodel curso, y los aspectos tericos vistos en el curso de Sistemas Dinmicos.

Descripcin de la practica:

PROCEDIMIENTO:

Se tiene una planta o proceso con la siguiente funcin de transferencia:

Figura 1 - Funcin de transferencia de la planta

Encontrar la respuesta en lazo abierto de dicha planta ante una entrada escaln

unitario. Para ello se puede utilizar el toolbox Simulink de Matlab o Scilab.

De acuerdo a la forma de la respuesta obtenida en la simulacin, responder la

siguiente pregunta:Qu mtodo de diseo se puede emplear para el diseo de controladores y por

qu?

La respuesta obtenida en la simulacin se debe registrar en la siguiente tabla:

Tabla 1 - Registro de la respuesta de la planta

FUNCIN DETRANSFERENCIA DE

LA PLANTA

PANTALLAZO:ARCHIVO DE

SIMULINK O SCILAB

EMPLEADO

PANTALLAZO:RESPUESTA EN LAZO

ABIERTO DE LA

PLANTA ANTEENTRADA PASO OESCALN UNITARIO

Una vez realizado este proceso, encontrar los parmetros de arranque para un

controlador P, PI y un PID utilizando el mtodo adecuado.

)3)(2)(1(

6)(

+++=

ssssG )3)(2)(1(

6

)(+++

=ssssG


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Se deben mostrar todos los pasos y clculos empleados en el procedimiento y al

final registrar los parmetros en la siguiente tabla:

Tabla 2 - Parmetros de arranque para los controladores

Parmetro Controlador P Controlador PI Controlador PID

Kp

Ki

Kd

Una vez se hallen los parmetros de arranque para cada controlador, realizar con

el simulink o en su defecto scilab la simulacin de los controladores, utilizando un

escaln unitario como set point, as:

Figura 2 - Montaje en simulink para la simulacin de los controladores

NOTA: En el caso de utilizar Matlab, usar el bloque PID controller del simulinkpara la simulacin de los controladores.

Registrar los pantallazos con las respuestas del sistema en la siguiente tabla:

Tabla 3 - Respuesta del sistema con los controladores diseados

Controlador P Controlador PI Controlador PID

Pantallazo

respuesta de la

planta

Realizar los ajustes necesarios a cada uno de ellos con el fin de sintonizar y

obtener la mejor respuesta posible del sistema, procurando obtener un

sobreimpulso menor al 10% y un tiempo de establecimiento o asentamiento


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menor a 4 segundos.

Los parmetros finales de los controladores ya sintonizados se deben registrar en

la siguiente tabla:

Tabla 4 - Parmetros finales para la mejor respuesta

Parmetro Controlador P Controlador PI Controlador PID

Kp

Ki

Kd

La respuesta del sistema con los ajustes indicados (sobreimpulso y tiempo de

establecimiento deseados), usando el mismo montaje empleado en el diseo de

los parmetros iniciales, se debe registrar en la siguiente tabla:

Tabla 5 - Respuesta del sistema con controladores finales.

Controlador P Controlador PI Controlador PID

Pantallazo

respuesta de la

planta

NOTA IMPORTANTE: Recordemos que los parmetros encontrados atravs de los mtodos Ziegler y Nichols nos arrojan los parmetrosiniciales o de arranque para un controlador, que sirven como base paraposteriormente ajustarlos hasta encontrar la respuesta deseada. Elobjetivo de este laboratorio es encontrar la sintonizacin adecuada de loscontroladores diseados inicialmente hasta lograr la respuesta del sistemasugerida (sobreimpulso menor a 10% y tiempo de establecimiento menor a

4 segundos).

Realizar anlisis y sacar conclusiones de la dinmica del sistema con los trescontroladores, indicando ventajas y desventajas que se pudieron observar concada uno de ellos.

.


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CONCLUSIONES:

El estudiante debe expresar de manera clara y argumentada 5 conclusiones.

Recursos a utilizar en la prctica (Equipos / instrumentos):

Se debe contar con un ordenador o computador con las siguientes caractersticas

bsicas: Un Procesador de mnimo 1.6 GHz, una RAM de mnimo 1 GByte, un

disco duro de mnimo 260 Gbyte y un tamao de bus de datos de 64 bits.

Software a utilizar en la prctica u otro tipo de requerimiento para eldesarrollo de la prctica

Se debe contar con el Software Matlab o en su defecto Scilab.Seguridad Industrial

Las prcticas son desarrolladas sobre software de modelamiento matemtico y

simuladores, por lo tanto no existen riesgos significativos

Metodologa:

Conocimiento previo para el desarrollo de la prctica: Para el desarrollo de esta

prctica el estudiante debe haber ledo y aprobado la Unidad 1 y el captulo 4 de

la Unidad 2 del mdulo del curso Control Analgico; adems es necesario habervisto, aunque no es requisito, los cursos CAD para electrnica, CAD Avanzado

para Electrnica y Sistemas Dinmicos.

Forma de trabajo: El estudiante puede trabajar de forma individual con suscompaeros de Cead, Ceres o CCAV, y con el acompaamiento del tutorencargado, si existe la posibilidad en su centro.

Procedimiento: El estudiante, independientemente de la forma en que hayatrabajado (con tutor o de forma autnoma), entregar al tutor de prctica el informecorrespondiente. El tutor encargado del componente prctico en cada centro debe

evaluar los informes presentados, elaborar actas de calificaciones en el formato decalidad con las notas de prctica y subir las actas a la red de tutores del curso enel campus virtual.

Sistema de Evaluacin

El estudiante, independientemente de la forma en que haya trabajado (con tutor ode forma autnoma), entregar al tutor de prctica el informe correspondiente. Eltutor encargado del componente prctico en cada centro debe evaluar los informespresentados, elaborar actas de calificaciones en el formato de calidad con las


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notas de prctica y subir las actas a la red de tutores del curso en el campusvirtual.

Informe o productos a entregar al tutor de prctica

El informe presentado debe tener los siguientes tems:

Portada.

Introduccin.

Objetivos

Desarrollo de la actividad y anlisis: En este tem el estudiante debeplasmar todo el procedimiento empleado detalladamente junto con las

tablas solicitadas y dando respuesta a las preguntas planteadas en el tem

Procedimiento de la presente gua y realizando anlisis a lo largo del

desarrollo de la prctica.

Conclusiones (5 conclusiones bien argumentadas)

Fuentes documentales.

Este informe debe ser presentado en formato PDF.


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Rbrica de evaluacin

ITEM AEVALUAR

VALORACINBAJA

VALORACINMEDIA

VALORACINALTA

Descripcinde la

prctica.

El estudiante realiza

el adecuado diseo y

sintonizacin de un

controlador.

10 puntos

El estudiante

realiza el adecuado

diseo y

sintonizacin de

dos controladores.

20 Puntos.

El estudiante realiza

el adecuado diseo

y sintonizacin de

los tres

controladoressolicitados

30 Puntos.

Aspectosdel Informeo producto.

El estudiante entrega

informe con

procedimientos pero

sin anlisis ni

conclusiones.

5 Puntos.

El estudiante

entrega el informe

con los

procedimientos

solicitados, realiza

anlisis pero no

saca conclusiones.

20 Puntos.

El estudiante

entrega el informe

con los

procedimientos


anlisis y saca

conclusiones.

30 Puntos

TOTAL PUNTOS 60

Retroalimentacin

Para la realimentacin y calificacin se utilizarn los links habilitados en el curso.


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PRACTICA No. 02 Anlisis de la Controlabilidad y Observabilidad en

sistemas

Tipo de practica

Presencial X Autodirigida X Remota X

Porcentaje de evaluacin 40 puntosHoras de la practica 4 horasTemticas de la prctica Unidad 2, Captulo 6Intencionalidades

formativas

Propsito: Complementar el desarrollo temtico del

captulo 6 de la Unidad 2 del mdulo del curso.

Objetivo: Identificar las competencias adquiridas por

el estudiante en el anlisis de la observabilidad y

controlabilidad de sistemas.

Meta: Lograr que el estudiante analice la

controlabilidad y observabilidad de un proceso.

Competencia: El estudiante adquiere la capacidad

de analizar si un sistema es controlable y observable

argumentando de forma matemtica su estudio.


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Fundamentacin Terica

Toda la temtica planteada en el captulo 6 de la Unidad 2 del mdulo del cursoControl Analgico.

Descripcin de la practica

Desarrollo de las Actividades:

Para el siguiente sistema expresado en espacio de estados:

Figura 3 - Representacin del sistema en espacio de estados

Donde:


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Figura 4 - Matrices del espacio de estados

Determinar, explicando todo el procedimiento empleado:

a. Su controlabilidad.

b. Su observabilidad.

Recursos a utilizar en la prctica (Equipos / instrumentos)

Se debe contar con un ordenador o computador con las siguientes caractersticas

bsica: Un Procesador de mnimo 1.6 GHz, una RAM de mnimo 1 GByte, un

disco duro de mnimo 260 GByte y un tamao de bus de datos de 64 bits.

Software a utilizar en la practica

Se debe contar con el Software Matlab o en su defecto Scilab.


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Metodologa

Conocimiento previo para el desarrollo de la prctica: Para el desarrollo de estaprctica el estudiante debe haber ledo y aprobado el captulo 6 de la Unidad 2

del mdulo del curso Control Analgico.

Forma de trabajo: El estudiante puede trabajar de forma individual con suscompaeros de Cead, Ceres o CCAV, y con el acompaamiento del tutorencargado, si existe la posibilidad en su centro.

Procedimiento: El estudiante, independientemente de la forma en que hayatrabajado (con tutor o de forma autnoma), entregar al tutor de prctica el informecorrespondiente. El tutor encargado del componente prctico en cada centro debe

evaluar los informes presentados, elaborar actas de calificaciones en el formato decalidad con las notas de prctica y subir las actas a la red de tutores del curso enel campus virtual..

Sistema de Evaluacin

El estudiante, independientemente de la forma en que haya trabajado (con tutor ode forma autnoma), entregar al tutor de prctica el informe correspondiente. Eltutor encargado del componente prctico en cada centro debe evaluar los informespresentados, elaborar actas de calificaciones en el formato de calidad con las

notas de prctica y subir las actas a la red de tutores del curso en el campusvirtual.

Informe o productos a entregar al tutor de prctica

El informe presentado debe tener los siguientes tems:

Portada.

Introduccin.

Objetivos

Desarrollo de la actividad con procedimientos detallados y anlisis

Conclusiones (5 conclusiones)

Fuentes documentales.

Este informe debe ser presentado en formato PDF.


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Rbrica de evaluacin

ITEM AEVALUAR VALORACI N BAJA VALORACI NMEDIA VALORACI NALTA

Aspectosdel Informeo producto.

El estudiante entrega

informe con

procedimientos pero

sin anlisis ni

conclusiones.

10 Puntos.

El estudiante

entrega el informe

con los

procedimientos


anlisis pero no

saca conclusiones.

30 Puntos.

El estudiante

entrega el informe

con los

procedimientos


anlisis y saca

conclusiones.

40 Puntos

TOTAL PUNTOS 40

Retroalimentacin

Para la realimentacin y calificacin se utilizarn los links habilitados en el curso.


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ANEXOS

Tabla 6 - Algunos comandos y funciones de matlab


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Figura 5 - Respuesta a escaln en matlab


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7. FUENTES DOCUMENTALES

M. Etter, Delores. (1997). Solucin de Problemas de Ingeniera con Matlab. Prentice-Hall. Segunda Edicin. Colorado (USA).

Bolton, W. (2001) Ingeniera de Control. Alfaomega 2. Edicin.

Kuo Benjamn C. (1997) Sistemas Automticos de Control. Compaa Editorial

Continental S.A.

Mxico.

Katsuhico, Ogata. (2008) Ingeniera de Control Modern. Pearson Prentice. 4. Edicin.

Webgrafia:

Diseo en el Espacio de Estados. Tomado el 28 de enero del 2010 de la fuente

http://www.ib.cnea.gov.ar/~dsc/capitulo8/Capitulo8.htm

guia de componente practico 2013-ii

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