Para cursar la asignatura con aprovechamiento, se recomienda tener aprobada "Regulación Automática".



Los resultados del aprendizaje específicos que el alumnado adquirirá una vez superada la asignatura "Técnicas Avanzadas de Control" son los que siguen:



- RA-TAC1: Diseñar, simular y prototipar controladores de tipo PID y estructuras de control en el espacio de estado, con el propósito de mejorar los comportamientos transitorio y estacionario de los sistemas de partida.



- RA-TAC2: Seleccionar la variante del controlador de tipo PID más adecuada para cada aplicación y sintonizar sus parámetros, mediante técnicas tanto analíticas como empíricas, para lograr un óptimo funcionamiento del mismo.



- RA-TAC3: Solucionar los problemas de carácter práctico más frecuentes a la hora de implementar dichos controladores, con el fin de garantizar su correcto funcionamiento bajo condiciones reales.



- RA-TAC4: Diseñar, simular y prototipar observadores de estado sencillos, al objeto de reducir el número de sensores a emplear en un sistema de control o estimar el valor de variables no accesibles mediante medición directa.



Por lo que respecta a las competencias del módulo específico Electrónica Industrial, las siguientes son las abordadas en la asignatura:



- TEEOI7: Conocimiento y capacidad para el modelado y simulación de sistemas.



- TEEOI8: Conocimientos de regulación automática y de técnicas de control, y su aplicación a la automatización industrial.



- TEEOI11: Capacidad para diseñar sistemas de control y automatización industrial.



Se participa, asimismo, en la consecución del resultado del aprendizaje que sigue, correspondiente al mismo módulo específico Electrónica Industrial:



- RA-EEI5: Analizar, diseñar, simular e implementar sistemas de control.



Por último, un adecuado seguimiento de "Técnicas Avanzadas de Control" contribuye a la adquisición de la competencia transversal que sigue:



- C12: Adoptar una actitud responsable, ordenada en el trabajo y dispuesta al aprendizaje considerando el reto que planteará la necesaria formación continua.

Con el fin de trabajar los resultados del aprendizaje y las competencias establecidas en el anterior apartado, se proponen los siguientes temarios teórico y práctico:





TEMARIO TEÓRICO Y PRÁCTICO DE AULA



Tema 0: Presentación de la Asignatura

Resultados del aprendizaje específicos de la asignatura. Temarios teórico y práctico. Método de evaluación. Bibliografía recomendada.



Tema 1: Métodos Analíticos de Sintonía de Controladores de Tipo PID

Sintonía analítica en el dominio frecuencial: aplicación a sistemas asimilables a primer orden sin y con retardo. Método de asignación de polos y ceros: aplicación a sistemas asimilables a segundo orden subamortiguado y al convertidor de potencia de un generador eólico: linealización y controles en cascada y anticipativo o "feedforward".



Tema 2. Métodos Empíricos de Sintonía de Controladores de Tipo PID

Identificación en lazos abierto y cerrado: ensayo escalón y métodos de la oscilación mantenida y del relé. Modelo aproximado de primer orden con retardo. Métodos empíricos de sintonía basados en criterios temporales, frecuenciales e integrales del error.



Tema 3. Aspectos Prácticos del Control PID

Factor de peso de la consigna en la acción proporcional. Filtro y "kick" derivativos. "Wind-up" integral y mecanismos anti-"wind-up": método de seguimiento integral y su materialización analógica. Transferencia "bumpless" de controladores. Implementación digital: selección del período de muestreo, algoritmo paralelo, "ringing" derivativo y ecuación de seguimiento integral.



Tema 4. Fundamentos del Espacio de Estado

Representación en el espacio de estado: ventajas con respecto a la función de transferencia y definición de estado. Ejemplos de sistemas expresados en el espacio de estado. Modelos de sistemas no-lineales y su linealización. Conversión de modelos expresados en el espacio de estado a función de transferencia y viceversa: matriz de transferencia, ecuación característica, valores propios y polos, y formas canónicas controlable y observable.



Tema 5. Introducción al Diseño de Estructuras de Control en el Espacio de Estado

Diseño de observadores asintóticos de Luenberger de orden completo. Observabilidad. Control por realimentación de estado y asignación de polos. Controlabilidad. Control por realimentación de la salida: integración de observadores en esquemas de control por realimentación de estado.





TEMARIO PRÁCTICO DE LABORATORIO



1er Proyecto: Diseño, Simulación y Prototipado Rápido de un Esquema Clásico de Control para el Posicionado del Eje de un Servomotor de Corriente Continua

Deducción de la posición angular a partir de la señal del encoder. Estimación de la velocidad angular mediante un derivador provisto de filtro. Identificación experimental del servomotor de c.c. mediante ensayo escalón: comparación con el modelo teórico deducido sobre la base de los datos proporcionados por la empresa fabricante. Presentación y justificación del esquema de control de 2 lazos dispuestos en cascada adoptado industrialmente: lazo interno de velocidad angular gobernado mediante controlador integral-proporcional (I-P) y lazo externo de posición angular gobernado mediante controlador proporcional (P). Establecimiento de especificaciones temporales de lazo cerrado, y aplicación del método de asignación de polos y ceros para la sintonía del citado esquema de control. Validación, en simulación, del esquema de control diseñado: respuestas transitoria y estacionaria ante cambios en la consigna y en el par de carga, y observación del fenómeno de "wind-up" integral. Incorporación del algoritmo de seguimiento integral a modo de anti-"wind-up". Validación experimental, mediante prototipado rápido, del esquema de control diseñado: observación y supresión del fenómeno de "wind-up".



2º Proyecto: Incorporación de un Observador de Velocidad Angular al Esquema de Posicionado del 1er Proyecto

Establecimiento de especificaciones temporales a satisfacer por el error de observación en su convergencia a cero. Diseño y sintonía de un observador de Luenberger de orden completo, considerando como estados la velocidad y posición angulares del servomotor de c.c. Validación en 4 etapas, mediante simulación, del observador diseñado: 1) situando el observador en paralelo con el esquema de posicionado del 1er Proyecto, aunque cerrando los lazos de control de velocidad y posición angulares con las mediciones derivadas de la señal del encoder; 2) cerrando el lazo de control de velocidad angular con la estimación de dicha magnitud proporcionada por el observador; 3) cerrando los lazos de control de velocidad y posición angulares con la estimación de ambas magnitudes proporcionada por el observador; y 4) habiéndose adoptado los esquemas de las etapas 2) y 3), desconectando temporalmente el observador y evaluando su desempeño al volver a conectarlo --al vuelo--. Validación experimental, mediante prototipado rápido, del observador diseñado según las mismas 4 etapas consideradas en la validación en simulación.

Al objeto de propiciar la consecución de las competencias específicas de la asignatura por parte del alumnado, se adoptarán metodologías activas para la enseñanza --en concreto, las de aprendizaje basado en problemas y proyectos-- dentro de las siguientes modalidades docentes:



- M: Clases Magistrales --45 horas de docencia presencial--

Exposición de los fundamentos teóricos correspondientes al temario propuesto, apoyándose para ello en explicaciones y desarrollos matemáticos efectuados fundamentalmente en la pizarra, aunque complementados con diapositivas y simulaciones proyectadas mediante videoproyector. Asimismo, se plantearán y resolverán completamente, en la pizarra, ejercicios y problemas lo más realistas posible, diseñados al objeto de aplicar y contribuir a interiorizar los conceptos trabajados. Las resoluciones a los ejercicios y problemas se verificarán por medio de simulaciones proyectadas mediante videoproyector. Los ficheros empleados para ejecutar todas las simulaciones mostradas durante las clases magistrales se dejarán accesibles al alumnado en la plataforma eGela.



- GL: Prácticas de Laboratorio --15 horas de docencia presencial--

Se abordan problemas realistas más complejos --proyectos-- que los resueltos en las clases prácticas de aula, con el objetivo adicional de 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 su resolución, y propuesta de una solución que integre cada uno de los resultados independientes. Tras validarse en simulación, los esquemas de control diseñados se evaluarán experimentalmente, mediante el empleo de tarjetas de adquisición de datos y de la técnica de prototipado rápido, sobre prototipos físicos a escala de laboratorio. Una vez concluido cada proyecto, los ficheros requeridos para su validación, tanto en simulación como experimental, se dejarán accesibles al alumnado en la plataforma eGela.



Obsérvese que, al asignársele a la asignatura un peso correspondiente a 6 créditos ECTS, se estima que el alumnado debe invertir en torno a 90 horas adicionales de trabajo personal, dedicadas fundamentalmente al estudio sistematizado de los contenidos abordados en las clases magistrales y prácticas de laboratorio. Las tutorías del equipo docente, destinadas a resolver las dudas surgidas al alumnado tanto en las clases presenciales como durante el citado estudio sistematizado, deben considerarse como una herramienta primordial de apoyo a este último.

Al objeto de propiciar la consecución de las competencias específicas de la asignatura por parte del alumnado, se adoptarán metodologías activas para la enseñanza --en concreto, las de aprendizaje basado en problemas y proyectos-- dentro de las siguientes modalidades docentes:



- M: Clases Magistrales --45 horas de docencia presencial--

Exposición de los fundamentos teóricos correspondientes al temario propuesto, apoyándose para ello en explicaciones y desarrollos matemáticos efectuados fundamentalmente en la pizarra, aunque complementados con diapositivas y simulaciones proyectadas mediante videoproyector. Asimismo, se plantearán y resolverán completamente, en la pizarra, ejercicios y problemas lo más realistas posible, diseñados al objeto de aplicar y contribuir a interiorizar los conceptos trabajados. Las resoluciones a los ejercicios y problemas se verificarán por medio de simulaciones proyectadas mediante videoproyector. Los ficheros empleados para ejecutar todas las simulaciones mostradas durante las clases magistrales se dejarán accesibles al alumnado en la plataforma eGela.



- GL: Prácticas de Laboratorio --15 horas de docencia presencial--

Se abordan problemas realistas más complejos --proyectos-- que los resueltos en las clases prácticas de aula, con el objetivo adicional de 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 su resolución, y propuesta de una solución que integre cada uno de los resultados independientes. Tras validarse en simulación, los esquemas de control diseñados se evaluarán experimentalmente, mediante el empleo de tarjetas de adquisición de datos y de la técnica de prototipado rápido, sobre prototipos físicos a escala de laboratorio. Una vez concluido cada proyecto, los ficheros requeridos para su validación, tanto en simulación como experimental, se dejarán accesibles al alumnado en la plataforma eGela.



Obsérvese que, al asignársele a la asignatura un peso correspondiente a 6 créditos ECTS, se estima que el alumnado debe invertir en torno a 90 horas adicionales de trabajo personal, dedicadas fundamentalmente al estudio sistematizado de los contenidos abordados en las clases magistrales y prácticas de laboratorio. Las tutorías del equipo docente, destinadas a resolver las dudas surgidas al alumnado tanto en las clases presenciales como durante el citado estudio sistematizado, deben considerarse como una herramienta primordial de apoyo a este último.

- UPV/EHU, "eGela 2023/24. Técnicas Avanzadas de Control", 2023. [En línea]. Disponible en: https://egela2324.ehu.eus

Oinarrizko bibliografia

- S. Dormido y F. Morilla, "Controladores PID: Fundamentos, Sintonía y Autosintonía". Madrid, España: Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED), 2000.



- K. J. Åström y T. Hägglund, "Control PID Avanzado". Madrid, España: Pearson Educación, 2009.



- P. H. Lewis y C. Yang, "Sistemas de Control en Ingeniería". Madrid, España: Prentice-Hall Iberia, 1999.



- R. C. Dorf y R. H. Bishop, "Sistemas de Control Moderno", 10ª ed. Madrid, España: Pearson Educación, 2005.

Gehiago sakontzeko bibliografia

- K. Ogata, "Ingeniería de Control Moderna", 5ª ed. Madrid, España: Pearson Educación, 2010.

- J. Dorsey, "Sistemas de Control Continuos y Discretos: Modelado, Identificación, Diseño, Implementación". México: McGraw-Hill/Interamericana, 2005.

- E. Hendricks, O. Jannerup, and P. H. Sørensen, "Linear Systems Control. Deterministic and Stochastic Methods." Berlin, Heidelberg, Germany: Springer-Verlag, 2008.

Aldizkariak

- International Journal of Electrical Engineering Education.

- IEEE Transactions on Education.

- IEEE Control Systems Magazine.

- Control Engineering.