Enginyeria de Control Bàsica

ENGINYERIA EN AUTOMÀTICA I ELECTRÒNICA INDUSTRIAL
ENGINYERIA DE
CONTROL
BÀSICA
Guia de l’assignatura
ENGINYERIA EN AUTOMÀTICA I ELECTRÒNICA INDUSTRIAL
29506 Enginyeria de Control Bàsica. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A. de data 8/06/05
Modificada en CAA de data 28/05/08
1
Crèdits: 6 ( 4,5 teoria + 1,5 pràctiques)
Crèdits ECTS: 4,8
Tipus: Troncal
Coordinador: Albert Masip Alvarez (albert.masip@upc.edu)
Altres Professors: Ramon Pérez Magrane (ramon.perez@upc.edu)
Departament: Enginyeria de Sistemes, Automàtica i Informàtica Industrial (ESAII)
Presentació
Aquesta assignatura té com a objectiu proporcionar els estudiants els conceptes i eines bàsiques
d’enginyeria de control basat fonamentalment en la representació en espai d’estat dels models
matemàtics lineals dels sistemes reals. En primer lloc, es presenten les diferències entre la
representació externa (funció de transferència) i la representació interna (espai d’estat) dels models
lineals o linealitzats de sistemes reals i es modelitzen sistemes a temps continu i a temps discret. A
continuació es presenta el concepte de controlabilitat i observabilitat de sistemes representats en
espai d’estat i s’estudia com treballen sistemes que disposen de components mixtes: a temps
continus i a temps discret i quines són les seves interfícies ( A/D i D/A).
A continuació s’analitzen els sistemes a temps discrets o discretitzats en el domini temporal i
freqüencial, així com la precisió i estabilitat dels sistemes realimentats discrets. Un cop analitzades
les principals prestacions d’un sistema realimentat, s’introdueixen tècniques de disseny de
controladors per assignació de pols de sistemes discrets o discretitzats i el disseny de observadors
d’estat.
Per últim, es fa una síntesi dels utilitzats controladors PID digitals així com dels controladors PID
digitals comercials existents.
Coneixements previs
Per al correcte seguiment de l'assignatura l'estudiant cal tenir coneixements de teoria de control
bàsica de sistemes continus representats per models lineals en forma de funcions de trasnferencia.
Camps professionals
L'enginyeria de control s'aplica en problemes industrials on cal resoldre problemes de regulació
automàtica, seguiment de trajectòries, manteniment d'equips de control automàtic,...
Relació amb altres assignatures
L’assignatura està estretament relacionada amb les assignatures de Modelat i Simulació, Enginyeria
de Control Avançat i Optimització i Control Òptim de la mateixa titulació.
ENGINYERIA EN AUTOMÀTICA I ELECTRÒNICA INDUSTRIAL
29506 Enginyeria de Control Bàsica. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A. de data 8/06/05
Modificada en CAA de data 28/05/08
2
Objectius generals
Els objectius generals de l'assignatura són que l'estudiant:
−
adquireixi els coneixements teòrics bàsics de l'enginyeria de control de processos que poden
ser representats per models lineals en representació d'estat i que puguin ser controlats per
sistemes de control digital.
−
aprengui a analitzar les característiques bàsiques ( temporal, frequencial, establitat i precisió)
de sistemes amb control digital.
-
pugui dissenyar controladors digitals en espai d’estat de sistemes dinàmics i també pugui
dissenyar observadors de l'estat del sistema.
−
conegui les prestacions fonamentals dels controladors PID digitals, la sintonia empírica dels
mateixos i els principals controladors comercials que poden adquirir actualment.
−
adquireixi la importància de l'enginyeria de control de processos industrials i mostrar els
múltiples beneficis (econòmics, socials, humans) que poden derivar de la seva correcta
aplicació.
Temari
1. DESCRIPCIÓ MATEMÀTICA DE SISTEMES DINÀMICS (12 hores)
•
•
•
•
•
Descripció externa i interna de sistemes continus
Descripció externa i interna de sistemes discrets
Controlabilitat i observabilitat de sistemes
Mostreig i reconstrucció de senyals continus
Descripció externa i interna de sistemes continus i discrets
2. ANÀLISI DE SISTEMES DINÀMICS ( 14 hores)
•
•
•
•
•
•
Resposta temporal de sistemes representats en espai d'estat
Resposta temporal de sistemes en temps discret
Resposta freqüencial de sistemes en temps discret
Precisió de sistemes en temps discret
Estabilitat de sistemes discrets
Estabilitat de sistemes representats en espai d'estat
3. DISSENY DE CONTROLADORS EN ESPAI D'ESTAT ( 10 hores)
•
•
•
•
•
Especificacions d'un sistema de control
Disseny analític per assignació de pols
Disseny de controladors per realimentació d'estat
Disseny d'observadors d'estat
Combinació de controladors per realimentació d'estat i observadors
ENGINYERIA EN AUTOMÀTICA I ELECTRÒNICA INDUSTRIAL
29506 Enginyeria de Control Bàsica. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A. de data 8/06/05
Modificada en CAA de data 28/05/08
3
4. CONTROL INDUSTRIAL ( 9 hores)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Introducció i exemples
Control on-off
Accions del controlador PID
Modificacions de les accions de control: PI+D, I+PD, PID+PWM
Aspectes operatius: anti-windup, bumpless
Implementació de controladors digitals PID
Sintonia empírica de controladors PID
Quan s'aplica i quan no controladors P,PI,PID
Controladors comercials PID
Pràctiques, laboratoris
Pràctica 1. Modelització d'un sistema pont-grua en l'espai d'estats ( 3 hores)
Pràctica 2. Discretització d'un model d'espai d'estats continu ( 2 hores)
Pràctica 3. Disseny d'un Observador d'estat ( 2 hores)
Pràctica 4. Control del sistema pont-grua per realimentació d'estat (4 hores)
Pràctica 5. Control ON-OFF ( 2 hores)
Pràctica 6. Control amb un PID comercial ( 2 hores)
Materials
Bibliografia bàsica i complementària
Karl Astrom and T. Hägglund, “PID Controllers: Theory, Design and Tuning”, Ed. ISA, ISBN 155617-516-7, 1995.
Charles L. Phillips and Jr. H. Troy Nagle, “Sistemas de Control Digital: Análisis y Diseño”, Ed.
Gustavo Gili, ISBN 84-252-1335-5, 1987.
Avaluació
Hi haurà dos exàmens: un parcial i un final.
−
El parcial es farà quan s’hagi cobert aproximadament el 50% de l’assignatura i el seu pes serà del
40% de la nota final.
−
El final es farà a final de curs i el seu pes serà del 40% de la nota final.
Les pràctiques s’avaluaran pels professors de pràctiques i tindran un pes del 20% de la nota final.