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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
ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA
GUA COMPONENTE PRCTICO
299005 CONTROL ANALOGICO
FABIAN BOLIVAR MARIN
(Director Nacional)
ANGEL ALEJANDRO RODRIGUEZ
Acreditador
NEIVA
2013
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GUIA COMPONENTE PRCTICO DEL CURSO: 299005 CONTROL ANALGICO
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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GUIA COMPONENTE PRCTICO DEL CURSO: 299005 CONTROL ANALGICO
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
4
5
6
6
7
9
9
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GUIA COMPONENTE PRCTICO DEL CURSO: 299005 CONTROL ANALGICO
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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GUIA COMPONENTE PRCTICO DEL CURSO: 299005 CONTROL ANALGICO
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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GUIA COMPONENTE PRCTICO DEL CURSO: 299005 CONTROL ANALGICO
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
solicitados, realiza
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
solicitados, realiza
anlisis pero no
saca conclusiones.
30 Puntos.
El estudiante
entrega el informe
con los
procedimientos
solicitados, realiza
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