Revisión de 18:52 10 mar 2008

Objetivos

Como objetivo principal se plantea el que los alumnos sean capaces de llevar a cabo todas las Fases en el desarrollo de un proyecto de control. Los contenidos, por tanto, se enfocan a capacitar al alumno en esta tarea.

Temario

Tema 0. Diseño de sistemas basados en la Respuesta en Frecuencia

Contenidos

• Respuesta en frecuencia
• Técnicas de trazado del diagrama de Bode
• Características de la respuesta en frecuencia
• Análisis de la estabilidad en lazo cerrado: Criterio de estabilidad de Nyquist
  • Principio del argumento
  • Aplicación a la determinación de la estabilidad
  • Márgenes de estabilidad
• Respuesta en Frecuencia en bucle cerrado
• Compensación de adelanto de fase
• Compensación de atraso de fase
• Compensación de adelanto-atraso de fase
• Consideraciones de diseño
• Especificaciones en términos de las funciones de sensibilidad

Tema 1. Análisis de sistemas realimentados

Contenidos

• Funciones de sensibilidad.
• Atenuación de perturbaciones.
• Sensibilidad ante variaciones de los parámetros del proceso.
• Estabilidad relativa: revisión de márgenes de estabilidad.
• Estabilidad robusta. Teorema de estabilidad robusta.
• Integral de Bode. Efecto cama de agua y consecuencias.

Tema 2. Limitaciones fundamentales de los sistemas de control

Contenidos

• Sensores: efectos de la precisión y la dinámica en el sistema de control.
• Actuadores: efectos de la saturación (windup), slew-rate, zonas muertas, dinámicas lentas, ciclos límite.
• Impacto de las deficiencias del modelo en el lazo de control.
• Limitaciones estructurales: retardos, polos y ceros de fase no mínima

Tema 3. Diseño en espacio de estados

Contenidos

• Ventajas del análisis y diseño en EE.
• Descripción de sistemas en EE.
• Análisis en EE. Formas canónicas. Controlabilidad y observabilidad.
• Ley de control con realimentación completa de estado.
• Selección de polos para un buen diseño: Regulador lineal cuadrático LQR.
• Diseño de estimadores de estado.
• Diseño de compensadores: Ley de control y estimador combinados.
• Control integral. Principio del modelo interno.

Tema 4. Control Digital

Contenidos

• Arquitectura de un sistema de control digital.
• Obtención de sistemas discretos equivalentes. Equivalente discreto de una función de transferencia (Tustin). Equivalente discreto en EE.
• Características del hardware. Impacto de la cuantificación y el retardo del bloqueador en el lazo de control. Selección del periodo de muestreo y diseño del filtro antialiasing.

Tema 5. Aspectos prácticos en el diseño de sistemas de control

Contenidos

• Metodología general de diseño de sistemas de control.
• Sinergia entre técnicas: LR + Sensibilidad + Control Óptimo.
• Estructuras alternativas de control.
• Codiseño de planta y control.
• Ajuste fino mediante simulación.

Bibliografía

• Aström, K. J. Control System Design. Lecture notes for ME 155A, Department of Mechanical and Environmental Engineering. University of California Santa Barbara., 2003

• Goodwin, G. C., Graebe, S. F., and Salgado, M. E. Control System Design, Prentice Hall, 2001

• Franklin, G. F., Powell, J. D., and Emami-Naeini, A. Feedback Control of Dynamic Systems, Pearson Prentice Hall, 2006. ISBN: 0-13-149930-0

Prácticas

• Implementación en Matlab de sistemas de control de vuelo on-line para FlightGear

Proyectos mecatrónicos

• Puente grúa 3D

Enlaces

• Proyectos de mecatrónica en la Northwestern University (Evanston, IL, EEUU). Proyectos mecatrónicos realizados en esa universidad, con fotos e información muy detallada. Algunos de los proyectos son muy originales, incluyendo desde un exoesqueleto, hasta una radio FM háptica.