Descripción y contextualización de la asignatura

Esta asignatura tiene como objeto que el alumnado alcance las competencias precisas para realizar el diseño de productos, sistemas o procesos bajo un punto de vista mecatrónico, integrando la mecánica y el control. Para ello es preciso profundizar en el conocimiento sobre los elementos del sistema mecatrónico y la modelización matemática de los mismos, comprender la interacción existente entre los parámetros mecánicos de un sistema y los parámetros del control, comprender la influencia que los errores del sistema mecatrónico tienen en el desempeño de su tarea final, manejar las herramientas que ofrecen los diversos softwares de simulación, y adquirir una metodología adecuada de diseño.



El objeto de la asignatura Mecatrónica es establecer las bases de conocimiento y competencia precisas sobre la integración de la Mecánica y el Control de Sistemas. Se trata de que el alumno sea capaz de abordar el diseño de un sistema complejo formado por un mecanismo, sus actuadores y sensores así como el algoritmo de control.



Para abordar el modelado de sistemas mecánicos se precisará de competencias previas en Cinemática, Dinámica, Vibraciones, Elasticidad y Resistencia de Materiales, Elementos de Máquinas, diseño mediante Elementos Finitos, materias que se abordan en las asignaturas “Mecánica Aplicada”, “Elasticidad y Resistencia de Materiales”, “Cinemática y Dinámica de Máquinas”, “Diseño de Máquinas” y “Diseño Mecánico mediante Elementos Finitos”.



En lo que concierne al diseño y programación de algoritmos de control para control de accionamientos electromecánicos serán necesarios conocimientos previos de programación, automatización y control, así como nociones de electrónica y máquinas eléctricas, las cuales se desarrollan en las asignaturas “Fundamentos de Informática”, “Automatismos y Control”, “Electrónica Industrial”, “Fundamentos de Tecnología Eléctrica”.

Resultados del aprendizaje de la asignatura

Como resultado del aprendizaje llevado a cabo, al finalizar la asignatura, el alumnado debe haber adquirido una serie de capacidades de análisis y cálculo que se pueden explicitar en:



- Capacidad para afrontar de forma autónoma la modelización de un sistema mecánico bajo hipótesis de comportamiento de sólido rígido y de sólido deformable, de cara a obtener la función de transferencia que representa su comportamiento.

- Capacidad para diseñar y evaluar un controlador que permita realizar tareas de posicionamiento de un sistema mecánico.

- Capacidad para seleccionar los actuadores y sensores más adecuados para realizar tareas de control de posición en función de los requisitos del sistema.

- Capacidad para programar en Matlab/Simulink un modelo mecatrónico sencillo de un accionamiento y analizarlo utilizando las herramientas de dicho software.

- Capacidad para transmitir resultados de forma comprensible a una audiencia especializada.

Convocatoria ordinaria: orientaciones y renuncia

La evaluación continuada consiste en:



1. Entrega y realización correcta de todos los trabajos que se propondrán al término de las Clases Magistrales, Prácticas de Ordenador y las Prácticas de Laboratorio. Deberán realizarse en horario no presencial y entregarse en el plazo de una semana. Valoración (2/10)



2. Exposición oral de uno de los trabajos propuestos sobre las Prácticas de Ordenador. Los alumnos deberán hacer una presentación con trasparencias de 10 minutos y responder a una serie de preguntas durante 5 minutos demostrando su dominio y comprensión del trabajo realizado. El profesor de la asignatura irá convocando a los alumnos a lo largo del curso para realizar la presentación en horario no presencial. Valoración (1/10)



3. Prueba escrita de Evaluación. Constará de una parte teórica y una parte práctica.

o La parte teórica consistirá en una serie cuestiones a responder en 1 hora. En Aula de Ordenador. Valoración (2/10)

o La parte práctica constará de 1 ejercicio de 2 horas a resolver con la ayuda del ordenador empleando Matlab/Simulink. En Aula de Ordenador. Valoración (5/10)



Tras cada evaluación se publicará la resolución de las cuestiones y ejercicios prácticos y se comentarán en clase. Tras ello, se habilitará un día para la revisión de las calificaciones, la cual es individual y personal. La revisión del examen se realizará pasados al menos tres días de la publicación de las calificaciones, previa solicitud de la misma, y de forma individual, personal y presencial.



Para que la asignatura se considere aprobada, será necesario haber entregado todos los trabajos solicitados, haber realizado la exposición oral, obtener el 50% de la calificación máxima de la Prueba escrita y obtener una calificación mínima de 5 sobre 10 en el cómputo global. Al alumno que abandone el proceso de evaluación continua y no se presente al examen final se le calificará como No Presentado.



RENUNCIA A LA EVALUACIÓN CONTINUA: Se deberá informar al profesor por escrito en un plazo mínimo de 9 semanas a partir del comienzo del cuatrimestre. La evaluación final constará de una parte teórica y una parte práctica.

o La parte teórica consistirá en una serie cuestiones a responder en 1 hora. En Aula de Ordenador. Valoración (3,5/10)

o La parte práctica constará de 1 ejercicio de 2 horas a resolver con la ayuda del ordenador empleando Matlab/Simulink. En Aula de Ordenador. Valoración (6,5/10)

Convocatoria extraordinaria: orientaciones y renuncia

Mediante evaluación continua: El alumno deberá presentarse a mejorar sólo las partes que no haya logrado aprobar en la convocatoria ordinaria.



Mediante evaluación final:La evaluación final constará de una parte teórica y una parte práctica.

o La parte teórica consistirá en una serie cuestiones a responder en 1 hora. En Aula de Ordenador. Valoración (3,5/10)

o La parte práctica constará de 1 ejercicio de 2 horas a resolver con la ayuda del ordenador empleando Matlab/Simulink. En Aula de Ordenador. Valoración (6,5/10)

Temario

TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA MECATRÓNICA (1,5 créditos)



-CAPÍTULO 1.1: INTRODUCCIÓN A LA MECATRÓNICA

-1.1.1 Introducción

-1.1.2 Definición de Sistema Mecatrónico

-1.1.3 Concepto de Diseño Mecatrónico

-1.1.4 Áreas de Aplicación y Ejemplos



-CAPÍTULO 1.2: ELEMENTOS DE UN SISTEMA MECATRÓNICO

-1.2.1 Introducción

-1.2.2 Actuadores

-1.2.3 Elementos de transmisión

-1.2.4 Sensores

-1.2.5 Control



-CAPÍTULO 1.3: FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA DE PRECISIÓN

-1.2.1 Tipos de errores

-1.2.2 Principios del diseño de precisión

-1.2.3 Métodos de calibración

-1.2.4 Análisis de sensibilidad y presupuesto de errores

-1.2.5 Compensación de errores



- TEMA 2: GENERACIÓN Y CONTROL DE MOVIMIENTO (2,5 créditos)



-CAPÍTULO 2.1: GENERACIÓN DE LA TRAYECTORIA

-2.1.1 Perfiles de Velocidad, Aceleración y Jerk

-2.1.2 Estudio de las Especificaciones Dinámicas

-2.1.3 Relación Jerk-Ancho de Banda



-CAPÍTULO 2.2: LAZOS DE CONTROL

-2.2.1 Lazo de Posición

-2.2.2 Lazo de Velocidad

-2.2.3 Lazo de Corriente/Par



-CAPÍTULO 2.3: MODELIZACIÓN DEL SISTEMA DINÁMICO

-2.3.1 Modelos de Parámetros Concentrados

-2.3.2 Modelos en Espacio de Estados

-2.3.3 Modelos MEF

-2.3.4 Modelos MultiBody



-CAPÍTULO 2.4: ANÁLISIS Y AJUSTE DE LOS LAZOS DE CONTROL

-2.4.1 Estabilidad y Resonancia

-2.4.2 Análisis en el dominio del tiempo

-2.4.3 Análisis en el dominio de la frecuencia



-CAPÍTULO 2.5: ALGORITMOS AVANZADOS DE CONTROL

-2.5.1 Feed-Forward

-2.5.2 Control predictivo basado en modelo

-2.5.3 Otros algoritmos de control



- TEMA 3: OTROS SISTEMAS MECATRÓNICOS (0,5 créditos)



-CAPÍTULO 3.1: CONTROL DE PAR-FUERZA

-3.1.1 Fundamentos

-3.1.1 Aplicaciones

-CAPÍTULO 3.2: CONTROL ACTIVO DE VIBRACIONES

-3.2.1 Fundamentos

-3.2.1 Aplicaciones

Bibliografía

Bibliografía básica

Introducción a la Teoría de Vibraciones. A. Hernández, C. Pinto, V. Petuya, J. Aguirrebeitia. Publicaciones Escuela Superior de Ingenieros de Bilbao. ISBN: 84-95809-16-8.

Ingeniería de Control Moderna. K. Ogata. Pearson Educación S. A. ISBN: 978-84-8322-660-5.

Mechatronics. A Foundation Course. C. W. De Silva. CRC Press. ISBN: 978-1-4200-8211-1.

Mechatronics System Design. K. Janschek. Springer Verlag. ISBN: 978-3-642-17530-5.

Introduction to Precision Machine Design and Error Assessment. S. Mekid. CRC Press. ISBN: 978-0-8493-7886-7.

Bibliografía de profundización

Electrical Feed Drives in Automation. H. Grob, J. Hamann, G. Wiegartner. Siemens. ISBN: 3-89578-148-7.



Control System Design Guide. G. Ellis. Elsevier Academic Press. ISBN: 0-12-237461-4.



Precision Machine Design. A. H. Slocum. Prentice Hall. ISBN: 0-13-690918-3.







Electrical Feed Drives in Automation. H. Grob, J. Hamann, G. Wiegartner. Siemens. ISBN: 3-89578-148-7.



Control System Design Guide. G. Ellis. Elsevier Academic Press. ISBN: 0-12-237461-4.



Precision Machine Design. A. H. Slocum. Prentice Hall. ISBN: 0-13-690918-3.

Revistas

Mechatronics de Elsevier.



IEEE/ASME Transactions on Mechatronics.



Precision Engineering de Elsevier.



International Journal of Mechatronics and Automation de Inderscience.

Enlaces

www.ehu.es/compmech : Página web del grupo de mecánica computacional de la UPV/EHU.



http://www.mathworks.es/mechatronics/: Página web de Matlab sobre modelización de sistemas mecatrónicos.



http://mechzone.designnews.com/: Página web de la revista Design News sobre mecatrónica.



http://www.ni.com/motion/esa/: Página web de National Instruments sobre control de movimiento.



http://www.euspen.eu/: Página de la Sociedad Europea para la Ingeniería de Precisión y Nanotecnologías