Sistemas Avanzados de Control (Mecatrónica)
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| VERSIÓN PRELIMINAR. EN CONSTRUCCIÓN |
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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. Análisis de señales y sistemas discretos
- Contenidos
- Señales discretas. Concepto de secuencia.
- El proceso de muestreo. Aliasing. Filtros antialiasing. Cuantificación.
- Técnicas básicas de normalización, acondicionamiento y filtrado de señales.
- Técnicas de análisis frecuencial (FFT, STFT).
- Sistemas discretos. Función de transferencia discreta.
- Respuesta en frecuencia de un sistema discreto.
- Ajuste de modelos mediante mínimos cuadrados (pseudoinversa).
- Bibliografía del tema
- Varios textos. Este tema (que podría saltarse) pretende resumir aspectos que pueden ser impartidos en cursos anteriores
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 del tema
- (Díaz 2004, Tema de funciones de sensibilidad)
- (Franklin et al., 2006) sec. 6.9 Specifications in Terms of the Sensitivity Function
- (Aström, 2003) cap. 5 Feedback Fundamentals
- (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 Optimo.
- 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
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.
