guia de componente practico 2014-b
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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 RODRIGUE
Acre!ita!or
NEIVA
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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 2014 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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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 PI.
Comprender y diferenciar la dinmica de un sistema cuando se aplica uncontrolador.
Analizar la respuesta transitoria y en estado estable con el controladorimplementado.
Interpretar y analizar lo que significa en un sistema de control la
Observabilidad y la Controlabilidad.
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CARACTERSTICAS GENERALESIntroduccin El Control Anlogo es el rea bsica de la
automatizacin y le permite al estudiante
desarrollar 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 contextos
reales 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 criterios
basicos 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 ControlAnalgico con idoneidad y compromiso
tico, articulando el saber ser, el saber
hacer y el saber conocer.
Denominacin de practicas Prctica 1: Diseo de controladores.
Practica 2: Anlisis de Controlabilidad y
Observabilidad en sistemas.
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Nmero de horas 12
Porcentaje 130 puntos en plataforma.Curso Evaluado por proyecto SI X NO __
Seguridad industrial Las prcticas son desarrolladas sobresoftware de modelamiento matemtico ysimuladores, por lo tanto no existen riesgossignificativos.
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DESCRIPCIN DE PRCTICAS
PRACTICA No. 01 Diseo de controladores
Tipo de practica
Presencial X Autodirigida X Remota X
Porcentaje de evaluacin 90 puntosHoras de la practica 8 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 PI.
Competencia: El estudiante adquiere fortalezas,
habilidades y aplica los conocimientos del curso
Control Analgico en el desarrollo y sintonizacin de
controladores PI
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Tabla 1 - Registro de la respuesta de la planta
FUNCIN DE
TRANSFERENCIA DELA PLANTA
PANTALLAZO:
ARCHIVO DESIMULINK EMPLEADO
PANTALLAZO:
RESPUESTA EN LAZOABIERTO DE LAPLANTA ANTE
ENTRADA PASO OESCALN UNITARIO
4. De acuerdo a la forma de la respuesta obtenida en la simulacin, responder lasiguiente pregunta:
Qu mtodo de diseo se puede emplear para el diseo de controladores y por
qu?
5. Una vez realizado este proceso, encontrar los parmetros de arranque para un
controlador PI utilizando el mtodo adecuado.
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 el controlador
Parmetro Controlador PI
Kp
Ki
6. Una vez se hallen los parmetros de arranque, realizar con el simulink la
simulacin del controlador, utilizando un escaln unitario como set point, as:
Figura 2 - Montaje en simulink para la simulacin del controlador
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7. Registrar el pantallazo con la respuesta del sistema en la siguiente tabla:
Tabla 3 - Respuesta del sistema con el controlador diseado
Controlador PI
Pantallazo
respuesta de la
planta
8. Realizar los ajustes necesarios con el fin de sintonizar y obtener la mejor
respuesta posible del sistema, procurando obtener un sobreimpulso menor al 4%
y un tiempo de establecimiento o asentamiento menor a 3 segundos.
Los parmetros finales del controlador ya sintonizado se deben registrar en la
siguiente tabla:
Tabla 4 - Parmetros finales para la mejor respuesta
Parmetro Controlador PI
Kp
Ki
9. 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 el controlador sintonizado.
Controlador PI
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. El
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objetivo de este laboratorio es encontrar la sintonizacin adecuada delcontrolador diseado inicialmente hasta lograr la respuesta del sistema
sugerida (sobreimpulso menor a 4% y tiempo de establecimiento menor a 3segundos).
10. Esbozar a travs de un diagrama esquemtico el montaje del lazo decontrol incluyendo la planta (motor) con el controlador diseado a travs deamplificadores operacionales, indicando las respectivas referencias y valoresde todos los elementos incluidos en el montaje. Para ello se puede usarsoftware como proteus, workbench, multisim, etc. Montar el diagramaesquemtico y adjuntar en el informe de laboratorio la imagen con dichoesquema.
11. Realizar anlisis y sacar conclusiones de la dinmica del sistema,indicando ventajas y desventajas que se pudieron observar.
.
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 y opcional Proteus, Workbench o Multisim
Seguridad Industrial
Las prcticas son desarrolladas sobre software de modelamiento matemtico ysimuladores, 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 haber
visto, aunque no es requisito, los cursos CAD para electrnica, CAD Avanzado
para Electrnica y Sistemas Dinmicos.
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Forma de trabajo: El estudiante puede trabajar de forma individual con sus
compaeros 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 debeevaluar 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 EvaluacinEl 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 lasnotas 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 debe
plasmar todo el procedimiento empleado (puntos del 1 al 11)
detalladamente junto con las tablas solicitadas y dando respuesta a las
preguntas planteadas en el tem Procedimiento de la presente gua yrealizando 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 evaluacinITEM A
EVALUARVALORACI N
BAJAVALORACI N
MEDIAVALORACI N
ALTA
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.
30 Puntos.
El estudiante realiza
el adecuado diseo
y sintonizacin de
los tres
controladores
solicitados
60 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 90
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.
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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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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