Sistemas Avanzados de Control (Mecatrónica)
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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
- Bibliografía
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.
- Bibliografía
La básica es:
- (Franklin et al., 2006) Capítulo 4 Basic Properties of Feedback. Puede descargarse en pdf de Prentice Hall: Capítulo 4 de (Franklin et al., 2006).
Si quieres saber más puedes consultar también las siguientes referencias:
- En las Diapositivas de funciones de sensibilidad utilizadas en otros años puedes encontrar material mucho más completo de lo que se ha visto en clase. En (Díaz 2004, Tema de funciones de sensibilidad) tienes el texto del tema completo texto que da soporte a las diapositivas.
- (Franklin et al., 2006) sec. 6.9 Specifications in Terms of the Sensitivity Function. El capítulo completo puede descargarse en pdf de la propia Prentice Hall: Capítulo 6 de (Franklin et al., 2006).
- (Aström, 2003) cap. 5 Feedback Fundamentals. En este tema de las notas de un curso de control del Caltech impartido por Astrom se hace una exposición muy buena de los conceptos fundamentales de la realimentación.
- (Goodwin et al, 2001) cap. 5, Analysis of SISO Control Loops
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
- Bibliografía del tema
- (Franklin et al., 2006) cap. 10, Control System Design: Principles and Case Studies
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.
- Bibliografía del tema
- (Franklin et al., 2006) cap. 7 State Space Design
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.
- Bibliografía del tema
- (Franklin et al., 2006) cap 8. Digital Control
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 del tema
- (Franklin et al., 2006) cap. 10, Control System Design: Principles and Case Studies
- (Goodwin et al., 2001) cap. 8, Fundamental Limitations in SISO Control
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
Recursos
Prácticas
Proyectos mecatrónicos
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.
