La asignatura "Regulación Automática" aborda el diseño de controladores sobre la base de diferentes metodologías al objeto de obtener el comportamiento deseado del sistema controlado. Un ejemplo de controlador es el sistema ABS de frenado. Su misión estriba en impedir el bloqueo de los frenos permitiendo al conductor controlar la dirección de su vehículo en una frenada brusca, evitando así el deslizamiento sobre la calzada sin control alguno. La asignatura no presenta, dentro del plan de estudios, ningún prerrequisito para acceder a la misma. Sin embargo, su desarrollo está muy ligado con las siguientes asignaturas previas del "Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática":



-"Cálculo" ---primer curso del grado---. Esta es una asignatura clave para el buen seguimiento de "Regulación Automática", debido a que el lenguaje matemático es el único capaz de describir todo tipo de procesos. En particular, los temas "Ecuaciones Diferenciales" y "Transformada de Laplace" están aún más ligados, si cabe, con la asignatura.



-"Automatismos y Control" ---segundo curso del grado---. "Regulación Automática" puede considerarse la continuación natural de "Automatismos y Control", de manera que su superación ---o, al menos, la de su Bloque II, Control Industrial--- se considera muy recomendable para el buen desarrollo de la asignatura.



Por otra parte, "Regulación Automática", debido a su carácter fundamental dentro del "Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática" mantiene también relación con otras asignaturas obligatorias, todas del tercer curso del grado:



- "Robótica", puesto que para el control de robots industriales se precisan ciertas competencias adquiridas en "Regulación Automática" y "Automatismos y Control".



-"Electrónica Analógica", debido a que en la misma se aborda el cálculo y diseño de sistemas analógicos, que incluyen sistemas analógicos con los que implementar sistemas de control.



-"Electrónica de Potencia", en atención a los lazos de control necesarios en todo convertidor y/o accionamiento de electrónica de potencia.



-"Instrumentación Electrónica". Esta asignatura complementa a "Regulación Automática" en los ámbitos de la sensórica, las etapas acondicionadoras de señal y los sistemas de adquisición de datos, que adquieren una importancia clave en la implementación final de los sistemas de control.



-"Informática Industrial" y "Sistemas Electrónicos Digitales", debido a que en ellas se estudian distintas plataformas hardware y lenguajes de programación con los que implementar los algoritmos de control.



Se desea hacer hincapié en el binomio “Regulación Automática” + “Sistemas Electrónicos Digitales”. Su continuidad en el tiempo ---se imparten en el primer y segundo cuatrimestres, respectivamente--- permite plantear y aplicar una metodología de diseño e implementación de controladores denominada Diseño Basado en Modelos ---Model-Based Design (MBD)---, utilizada en áreas de la ingeniería tan exigentes como la automoción o la industria aeroespacial. En la asignatura “Regulación Automática”, se forma al alumnado en el diseño y validación de controladores siguiendo los pasos sugeridos por el MDB y mediante el empleo de las herramientas adecuadas. Posteriormente, en parte de la asignatura “Sistemas Electrónicos Digitales” se desarrollan las tareas restantes del MDB, consistentes en la generación automática de código y su validación a través de las herramientas pertinentes. De esta forma, el alumnado será formado en el proceso de diseño e implementación de un controlador de principio a fin.



En lo concerniente a las asignaturas optativas que se imparten en el cuarto curso, "Regulación Automática" debe considerarse el antecedente natural de las que abordan otros aspectos de la teoría de control, a saber:



-"Control Digital", cuyo objetivo es el análisis y el diseño de sistemas de control que operen nativamente en sistemas digitales.



-"Técnicas Avanzadas de Control", en las que se profundiza en técnicas de carácter más novedoso, tales como la estimación de estado (controladores sensorless) en sistemas de control.



Por último, en lo concerniente al ejercicio profesional, la asignatura está enfocada de tal manera que las/os egresadas/os tengan las competencias para integrar, en su vida profesional, esta tecnología horizontal, que es aplicable en todo tipo de procesos. Las áreas de actividad que se pueden considerar en este ámbito podrían ser: Gestión de Procesos Automáticos de Producción, Dirección de Oficina Técnica, Gestión y Control de Energía, Sistemas Inteligentes, Coordinación de Sistemas Integrados de Seguridad, Jefatura de Mantenimiento, Equipamientos para Fabricación, Robótica, Máquinas Eléctricas, Investigación y Desarrollo, etc.

El objetivo de la Regulación Automática, uno de los muchos campos de la Ingeniería, es el de controlar el comportamiento tanto dinámico como estático de los sistemas. Para ello, es preciso analizar el comportamiento del sistema a gobernar en los ámbitos del tiempo y/o de la frecuencia. Sobre la base de dicho comportamiento se diseña el controlador y, mediante realimentación, se cumplen las especificaciones deseadas. Para conseguir el objetivo planteado, se trabajarán las competencias expuestas a continuación:



- Representar y simplificar gráfica y analíticamente los sistemas de control para facilitar el análisis de su comportamiento.



- Analizar la respuesta, tanto temporal como frecuencial, de los modelos matemáticos que representan los sistemas a controlar con objeto de interpretar su comportamiento.



- Diseñar controladores analógicos bien sea mediante el método del lugar de las raíces, el diagrama de Bode y/u otros métodos, al objeto de mejorar la respuesta tanto dinámica como estática de los sistemas a controlar.



- Digitalizar los controladores diseñados.

Para trabajar conceptos básicos del control clásico tales como el comportamiento dinámico de los sistemas, la realimentación y el diseño de controladores, se proponen los siguientes temarios teórico y práctico:



TEMARIO TEÓRICO



Tema 0: Presentación de la Asignatura

Competencias específicas. Temarios teórico y práctico. Conocimientos previos. Método de evaluación. Bibliografía recomendada.



Tema 1: Lugar Geométrico de las Raíces

Definición y normas elementales para su construcción. Interpretación y principales lugares geométricos asociados a especificaciones temporales. Ejercicios para la construcción del lugar geométrico de las raíces.



Tema 2: Diseño de Controladores basados en el Lugar Geométrico de las Raíces

Especificaciones temporales para el comportamiento del sistema en lazo cerrado. Diseño aplicado de compensadores de adelanto y retraso. Comprobación de la idoneidad del diseño mediante simulación.



Tema 3: Digitalización de Controladores

Introducción al control digital. Pautas para la selección del período de muestreo. Aplicación de técnicas de digitalización para implementar controladores en soportes digitales. Ejercicios.



Tema 4: Controlador PID

Introducción al PID. Sintonía: método de la asignación de polos y ceros. Variaciones del algoritmo original. Digitalización del PID. Planteamiento de problemas para la elección y aplicación del tipo de controlador PID más adecuado.



Tema 5: Análisis Dinámico en el Dominio de la Frecuencia: El Diagrama de Bode

Concepto de respuesta frecuencial. Construcción del diagrama de Bode. Análisis e interpretación de la respuesta frecuencial en dicho diagrama. Análisis del comportamiento de modelos mediante simulación para interiorizar los conceptos teóricos. Ejercicios.



Tema 6: Diseño de Controladores en el Ámbito de la Frecuencia

Especificaciones frecuenciales para el comportamiento del sistema en lazo cerrado. Diseño aplicado de compensadores en el dominio de la frecuencia. Comprobación de la idoneidad del diseño mediante simulación.





TEMARIO PRÁCTICO



Práctica 1: Proyecto de control de posición de un motor de corriente continua excitado por inducido basado en MDB

Conceptos generales del MBD. Definición de las tareas asociadas al problema, de tal manera que la consecución de los hitos asociados a cada una de ellas posibiliten el logro de los objetivos del proyecto. Identificación y validación del sistema. Diseño de controlador basado en la técnica del lugar de las raíces mediante MATLAB. Validación de su comportamiento mediante simulación. Digitalización del controlador obtenido. Caracterización de los sensores. Prototipado rápido del controlador (RCP).



Práctica 2: Proyecto para la regulación de velocidad, mediante controlador de tipo PID, de un motor de corriente continua excitado por inducido: Diseño y prototipado rápido. Selección del tipo de PID. Diseño. Validación de su comportamiento mediante simulación. Prototipado rápido del controlador. Herramientas para el análisis de la respuesta frecuencial proporcionadas por MATLAB.

Se emplearán metodologías activas para la enseñanza. En concreto, las de aprendizaje basado en problemas y proyectos.



Por una parte, se plantean problemas reales (control de velocidad ó "cruise control" de un automóvil, Control de estabilidad de un Segway, Máquinas herramienta, etc.), a los que se les da solución, al objeto de interiorizar los conceptos trabajados en las clases magistrales.



Por otra, se proponen problemas más complejos (proyectos que requieren un análisis en mayor profundidad) en el laboratorio, para que el alumnado interiorice el proceso para su gestión: división en tareas más simples, tratamiento de cada una de ellas como un problema independiente y resolución, y propuesta de una solución que integre cada uno de los resultados parciales.

• Sistema de Evaluación Final
• Herramientas y porcentajes de calificación:
  • Prueba escrita a desarrollar (%): 70
  • Prueba práctica en el laboratorio (%): 30

El método de evaluación de la asignatura es de evaluación final. Las pruebas que se desarrollarán para analizar si el alumnado ha alcanzado las competencias de la asignatura serán las siguientes:



- prueba práctica de lo abordado en el laboratorio (30%), y

- prueba escrita teórico-práctica de lo abordado tanto en las clases magistrales como en las prácticas de aula (70%).



Para aprobar la asignatura es preciso aprobar ambas pruebas. Esto implica que simultáneamente se deben obtener, al menos:



- el 50% de la puntuación asociada a la prueba práctica, y

- y el 50% de la puntuación asociada a la prueba escrita teórico-práctica.



En el caso de superar únicamente una de las dos pruebas de las que consta la evaluación, la calificación de la asignatura será, como máximo, de 4, por lo que no será posible superarla en estas condiciones.



En el caso de superar únicamente una de las dos pruebas de la evaluación, la calificación obtenida en la parte superada en la convocatoria ordinaria se guardará para la convocatoria extraordinaria. Presentarse únicamente a una de las pruebas supondrá la consumición de la convocatoria.



RENUNCIA A LA CONVOCATORIA ORDINARIA



Según la vigente normativa Universitaria para las enseñanzas de grado y de primer y segundo ciclo en el presente curso académico, no presentarse a ninguna de las pruebas supondrá la renuncia a la convocatoria de evaluación y constará como un No Presentada/o.

Las pruebas que se desarrollarán para analizar si el alumnado ha alcanzado las competencias de la asignatura en la convocatoria extraordinaria serán las siguientes:



- prueba práctica de lo abordado en el laboratorio (30%). Esta prueba se realizará en la fecha, lugar y hora que se publicarán en la plataforma eGela. Y,

- prueba escrita teórico-práctica de lo abordado tanto en las clases magistrales como en las prácticas de aula (70%).



Para aprobar la asignatura es preciso aprobar ambas pruebas. Esto implica que simultáneamente se deben obtener, al menos:



- el 50% de la puntuación asociada a la prueba práctica, y

- el 50% de la puntuación asociada a la prueba escrita teórico-práctica.



En el caso de superar únicamente una de las dos pruebas de las que consta la evaluación, la calificación de la asignatura será, como máximo, de 4, por lo que no será posible superarla en estas condiciones. Presentarse únicamente a una de las pruebas supondrá la consumición de la convocatoria.



RENUNCIA A LA CONVOCATORIA EXTRAORDINARIA



Según la vigente normativa Universitaria para las enseñanzas de grado y de primer y segundo ciclo en el presente curso académico, no presentarse a ninguna de las pruebas supondrá la renuncia a la convocatoria de evaluación y constará como un No Presentada/o.

- Material de apoyo: documentos en la plataforma eGela.

Bibliografía básica

- Kuo B.C. (2003). Sistemas de control automático, Pearson Educación.

- Ogata K. (1998). Ingeniería de Control Moderna, Prentice-Hall (3ª Edición).

- Ogata K. (1999). Problemas de Ingeniería de Control utilizando MATLAB, Prentice-Hall Iberia.

- Tapia Arantxa y Florez J. (1995). Erregulazio Automatikoa, Elhuyar.

- Kuo B.C. (2003). Sistemas de Control Digital, CECSA.

Bibliografía de profundización

- Dorf. R.C. (1989). Sistemas Modernos de Control: Teoría y Práctica, Addison-Wesley.
- Lewis P.H. y Yang C. (1999). Sistemas de Control en Ingeniería, Prentice-Hall.
- Franklin G.F., Powell J.D. y Emami-Naeini A. (1991). Control de Sistemas Dinámicos con Retroalimentación, Addison-Wesley Iberoamericana (1ª Edición).
- Tapia Arantxa, Florez J. y Tapia G. (2007). Kontrol Digitalaren Oinarriak, Elhuyar Edizioak.
- Dorsey J. (2005). Sistemas de Control Continuos y Discretos, McGraw-Hill.

Revistas

- International Journal of Electrical Engineering Education (IJEEE).
- IEEE Transactions on Education.
- IEEE Control Systems Magazine.

Direcciones web

- Control Tutorials for Matlab, Carnegie Mellon, University of Michigan:
http://www.engin.umich.edu/group/ctm/index.html

- Control engineering tutorials:
http://www.controleng.com/channels/tutorials.html

- MATLAB:
http://www.mathworks.com