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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA:
ASIGNATURA:
Ingeniería en Control y Automatización
Teoría de Control III
SEMESTRE:
Séptimo
OBJETIVO GENERAL:
El alumno diseñará, mediante la técnica del espacio de estado, sistemas lineales de control por
retroalimentación. Así mismo, utilizará los conceptos básicos de control óptimo, para la optimización del
desempeño de los sistemas de control.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I. Introducción al Control Moderno.
II. Controlabilidad y Observabilidad.
III. Compensación y Observadores.
IV. Introducción al control Óptimo.
METODOLOGÍA:
Búsqueda documental por el alumno
Análisis y discusión de temas consultados, con la guía del profesor
Participación activa de los alumnos en la solución de problemas en clase y extra clase.
Exposición por parte del profesor y del alumno empleando: presentaciones en power point, acetatos,
rotafolios, etc.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
Se evaluará con tres exámenes departamentales, primer examen unidades: I y II, segundo: examen
unidades III, tercer examen: unidad IV. La calificación de la teoría será el promedio de los tres exámenes
departamentales con un peso de 30%, las participaciones del alumno serán el 10% de la calificación y las
investigaciones y tareas tendrán un peso de 10%. En total la evaluación teórica será del 50%. Además
cada alumno elaborará y entregará un reporte por práctica de laboratorio efectuada y el promedio de las
calificaciones obtenidas tendrá un peso del 50%. La calificación definitiva será la suma de la obtenida en
la teoría y en el laboratorio. Siempre y cuando, ambas sean aprobatorias.
BIBLIOGRAFÍA:
Domínguez, Sergio; Campoy, Pascual; Sebastián, José María y Jiménez, Agustín. Control en el Espacio
de Estado, Ed. Prentice Hall, Madrid 2002, Primera Edición, 291 pp.
Kuo, Benjamín C. Sistemas Automáticos de Control; Ed. Prentice Hall, México 1996, Septima Edición,
845 pp.
Eronini Umez-Eronini; Dinámica de Sistemas y Control; Ed. Thomas Learning, México 2001, Primera
Edición, 993 pp.
Friedland, Bernard. Control System Design. Ed. Mc. Graw-Hill, E.U. 1987, Segunda Edición, 295 págs.
Ogata, Katsuhiko. Ingenieria de Control Moderna; Ed. Prentice Hall, México 2002, Cuarta Edición, 997
pp.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica
CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización
OPCIÓN:
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en
Control y Automatización
ASIGNATURA: Teoría de Control III
SEMESTRE: Séptimo
CLAVE:
CRÉDITOS: 9.0
VIGENTE 2006
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica
MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS./SEMANA / TEORÍA: 3.0
HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 3.0
HRS./TOTALES / SEMANA: 6.0
HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54
HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 54
HRS./TOTALES: 108
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO:
POR: Academia de Control y Automatización
REVISADO POR: Subdirección Académica.
APROBADO Por: Consejo Técnico Consultivo
Escolar de la ESIME Zacatenco
M. en C. Jesús Reyes García
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y
Programas de Estudio del Consejo General
Consultivo del IPN.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
Teoría de Control III
CLAVE:
HOJA:
2
DE
8
FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA
Hoy en día la técnica del espacio de estado se utiliza cada vez más como la herramienta analítica por
excelencia para el análisis y diseño de sistemas, por lo que un ingeniero que desconozca el uso y manejo
de ésta, estará en franca desventaja respecto al que si la conoce. Por lo tanto, el contenido de este curso es
de gran importancia en la formación del Ingeniero en Control y Automatización, ya que le permitirá analizar y
diseñar sistemas de control multivariables en forma rápida y eficiente, además de que podrá adentrarse a
técnicas de control avanzado tal como Control Óptimo, el cual le ayudará a optimizar el desempeño
dinámico de los sistemas de control.
Las asignaturas antecedentes son: Variable Compleja y Transformadas de Fourier y Z, Análisis
Numérico, Fundamentos de Programación, Modelado de Sistemas, Teoría del Control I, Teoría del
Control II, Fundamentos de Algebra.
Las asignaturas consecuentes son: Control de Procesos I, Control Avanzado I (optativa), Manipuladores
Industriales I (optativa)
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno diseñará, mediante la técnica del espacio de estado, sistemas lineales de control por
retroalimentación. Así mismo, utilizará los conceptos básicos de control óptimo, para la optimización del
desempeño de los sistemas de control.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
Teoría de Control III
I
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA:
3
DE
8
Introducción al Control Moderno.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diferenciará entre el control clásico y el control moderno. Aplicará los métodos analíticos de la
teoría del control y la técnica del espacio de estado para el análisis de los sistemas multivariables.
No.
TEMA
1.1
1.1.1
TEMAS
Introducción al control moderno (espacio de
estado).
Diferencias entre el control clásico y el control
moderno
HORAS
T
1.0
P
EC
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2C. 3B, 4B, 5C
1.0
1.2
Eigenvalores y eigenvectores.
1.5
1.5
1.3
Transformaciones de similitud.
1.0
1.5
1.4
Diagonalización.
1.0
1.5
Formas canónicas.
1.5
1.5
1.6
Matriz de transición.
2.0
4.5
1.7
Solución del modelo de estado.
4.0
7.5
1B, 2C. 3B, 5C
2.0
2.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Descripción por parte de los alumnos de los conceptos más relevantes empleados para el control
moderno
Búsqueda de temas por parte de los alumnos
Aplicación de conceptos en la solución de ejercicios
Solución de ejercicios de aplicación práctica con el uso de la computadora digital
Entrega de tareas y trabajos propuestos por el profesor.
Realización de prácticas en laboratorio
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen escrito de las unidades I y II con un valor del 30%
Participación en clase con un valor del 10%
Tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%.
Reporte de las prácticas con un valor del 50%.
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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
Teoría de Control III
II
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA:
4
DE
8
Controlabilidad y Observabilidad.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará los conceptos de observabilidad y controlabilidad en los sistemas lineales de control,
como base para la compensación de sistemas mediante retroalimentación de estados.
No.
TEMA
HORAS
TEMAS
2.1
Concepto de controlabilidad.
T
1.0
2.2
Teorema de controlabilidad.
1.0
2.3
Condiciones para la controlabilidad en los
sistemas dinámicos.
1.0
2.4
Controlabilidad en sistemas transformados.
1.0
2.5
Concepto de observabilidad.
1.0
2.6
Teorema de observabilidad.
1.0
2.7
Condiciones para la observabilidad en los
sistemas dinámicos.
1.0
2.8
Observabilidad en sistemas transformados.
1.0
2.9
Dualidad entre
observabilidad.
la
controlabilidad
y
la
1.0
P
EC
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2C. 3B, 4B, 5C
2.0
1B, 2C. 3B, 5C
1B, 2C. 3B, 4B, 5C
1B, 2C. 3B, 5C
2.0
1.5
1B, 2C. 3B, 4B, 5C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Solución de ejercicios por parte de los alumnos en el salón de clase.
Exposición de los temas por el profesor y los alumnos con el auxilio de la computadora digital.
Realización de prácticas de laboratorio
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen escrito de las unidades I y II con un valor del 30%
Participación en clase con un valor del 10%
Tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%.
Reporte de las prácticas con un valor del 50%.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
CLAVE:
Teoría de Control III
III
NOMBRE:
HOJA:
5
DE
8
Compensación y Observadores
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará sistemas de control por retroalimentación de estados y sistemas seguidores en el
control de procesos utilizando diversos métodos analíticos
No.
TEMA
HORAS
TEMAS
T
P
EC
3.1
Diferencia entre control por retroalimentación de
la salida y retroalimentación de estados.
1.0
3.2
Métodos analíticos para el diseño de la ley de
control por retroalimentación de estados (BassGura, Ackerman, etc.)
2.0
3.3
La necesidad del uso de un observador.
1.0
3.4
Estructura y diseño de observadores de orden
completo.
2.0
3.0
1.0
3.5
Estructura y diseño de observadores de orden
reducido.
2.0
4.5
1.0
3.6
Compensación de sistemas – Principio de
separación.
2.0
3.0
3.7
Selección de la dinámica de un observador.
1.0
3.8
Diseño de compensadores con observadores de
orden completo y con observadores de orden
reducido.
2.0
3.0
2.0
3.9
Diseño de sistemas seguidores.
2.0
7.5
2.0
1B, 2C. 3B, 4B, 5C
4.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda documental de algunos temas por parte del alumno
Solución de ejercicios que permitan al alumno diseñar sistemas seguidores
Realización de prácticas en laboratorio
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen escrito de la unidad III con un valor del 30%
Participación en clase con un valor del 10%
Tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%.
Reporte de las prácticas con un valor del 50%.
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
CLAVE:
Teoría de Control III
IV
NOMBRE:
HOJA:
6
DE
8
Introducción al Control Optimo
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará los conceptos del control óptimo en sistemas de control en donde sea indispensable
optimizar su desempeño. Dando solución a problemas mediante la elaboración de programas, para
posteriormente realizar su simulación y análisis correspondiente
No.
TEMA
HORAS
TEMAS
T
P
EC
4.1
Importancia y necesidad del control óptimo.
1.0
4.2
Índices de desempeño.
1.0
4.3
Bases de optimización sin restricciones.
2.0
4.4
Bases de optimización con restricciones.
3.0
4.5
4.5.1
4.5.2
4.5.3
Solución al problema de control óptimo.
Cálculo de variaciones.
Método del Hamiltoniano.
Principio del maximo de Pontryagin.
7.0
6.0
3.0
4.6
4.6.1
4.6.2
4.6.3
El regulador lineal cuadrático óptimo.
Ecuación de Riccatti.
Solución de la ecuación de Riccatti.
Regulación de sistemas usando el regulador
lineal cuadrático óptimo
4.0
4.5
3.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
2C. 3B, 4B, 5C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda bibliográfica de temas sobre control óptimo
Solución de ejercicios que permitan al alumno comprender la aplicación del control óptimo
Solución de ejercicios de aplicación práctica con el uso de la computadora digital
Tareas y trabajos propuestos por el profesor.
Realización de prácticas en laboratorio.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen escrito de la unidad IV con un valor del 30%
Participación en clase con un valor del 10%
Tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%.
Reporte de las prácticas con un valor del 50%.
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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
CLAVE:
Teoría de Control III
HOJA:
7
DE
8
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
Práctica
No.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
UNIDAD
DURACIÓN
[Horas]
LUGAR DE
REALIZACIÓN
1
Elaboración de un programa digital para el
manejo del algebra matricial.
I
4.5
2
Solución de la matriz de transición de estado
por medio de la computadora digital.
I
4.5
Todas las
prácticas se
realizarán en el
laboratorio de
Teoría de Control
3
Solución y análisis de sistemas multivariables
en espacio de estado, usando la
computadora digital.
I
7.5
4
Compensación de sistemas multivariables
usando retroalimentación de estados.
II y III
6.0
5
Simulación y análisis de observadores de
estado (dinámica, error, estructura).
III
7.5
6
Compensación de sistemas usando
principio
de
separación,
usando
computadora digital.
el
la
III
6.0
7
Simulación
seguidores.
sistemas
III
7.5
8
Elaboración de un programa en la
computadora digital para la solución de la
ecuación de Riccatti para la optimización de
la ley de control de sistemas.
IV
6.0
9
Simulación y análisis de un sistema de
control óptimo, usando la computadora
digital.
IV
4.5
y
análisis
de
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
Teoría de Control III
CLAVE:
HOJA:
8
DE
8
PERIODO
UNIDAD
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
1º
I y II
Evaluación con tres exámenes departamentales (30%), la
participación del alumno en clase (10%), tareas y trabajos
extra clase (10%). En total la teoría tendrá un peso del 50%.
2º
III
Cada alumno elaborará y entregará un reporte técnico por
práctica de laboratorio efectuada, y el promedio de las
calificaciones obtenidas tendrá un peso del 50%.
3º
IV
La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la
teoría y en el laboratorio. Siempre y cuando, ambas sean
aprobatorias.
CLAVE
B
1
X
X
2
3
X
4
X
5
C
X
BIBLIOGRAFÍA
Domínguez, Sergio; Campoy, Pascual; Sebastián, José María y
Jiménez, Agustín. Control en el Espacio de Estado, Ed. Prentice
Hall, Madrid 2002, Primera Edición, 291 pp.
Kuo, Benjamín C. Sistemas Automáticos de Control; Ed.
Prentice Hall, México 1996, Septima Edición, 845 pp.
Eronini Umez-Eronini; Dinámica de Sistemas y Control; Ed.
Thomas Learning, México 2001, Primera Edición, 993 pp.
Friedland, Bernard. Control System Design. Ed. Mc. Graw-Hill,
E.U. 1987, Segunda Edición, 295 pp.
Ogata, Katsuhiko. Ingenieria de Control Moderna; Ed. Prentice
Hall, México 2002, Cuarta Edición, 997 pp.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA:
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
CARRERA:
Ingeniería en Control y Automatización
ÁREA:
BÁSICAS C. INGENIERÍA
ACADEMIA:
Control y Automatización
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO
REQUERIDO:
D. INGENIERÍA
SEMESTRE
Séptimo
C. SOC. y HUM.
ASIGNATURA:
Teoría de Control III
Ingeniero en Control, Ingeniero Electricista. Con posgrado
en área afín con la carrera.
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
El alumno diseñará, mediante la técnica del espacio de estado, sistemas lineales de control por
retroalimentación. Así mismo, utilizará los conceptos básicos de control óptimo, para la optimización del
desempeño de los sistemas de control.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
• Controlabilidad
• Observabilidad
• Indices de
funcionamiento
• Optimizacion de
sistemas
• Observadores de
orden reducido
• Filtros de Kalman
• Robustez de
sistemas
EXPERIENCIA
HABILIDADES
PROFESIONAL
• Investigador de carrera a • Comunicación
nivel maestría o
• Establecimientos de
doctorado con
climas favorables al
especialidad en control.
aprendizaje
• Sistemas multivariables. • Transferencia del
conocimiento teórico
a la solución de
problemas
• Análisis y síntesis
• Para motivar al
autoestudio, el
razonamiento y la
investigación
• Manejo de grupos.
• Comprensión y
manejo de conceptos
a diferentes niveles
de abstracción.
ACTITUDES
• Critica
fundamentada
• Respeto
• Tolerancia
• Compromiso con la
docencia
• Etica
• Responsabilidad
• Científica
• Colaboración
• Superación docente
y profesional.
• Adaptable al
cambio.
• Compromiso social
ELABORÓ
REVISÓ
AUTORIZÓ
Ing. Luis Enrique Murillo Yañez
Presidente de Academia
Ing. Guillermo Santillán Guevara
Subdirector Académico
M. en C. Jesús Reyes García
Director
FECHA:
2006