Curso de Principios de Control Automático

Clase 1 • Criterios de Desempeño del Sistema de Control

Presenta la estabilidad, la exactitud y la velocidad como los tres objetivos principales de rendimiento. Enmarca estos criterios como metas de diseño que se utilizan a lo largo del curso.

Clase 2 • Componentes del Sistema y Variables

Identifica plantas, actuadores, sensores y controladores como bloques funcionales. Conecta los roles de los componentes con el comportamiento general del sistema.

Clase 3 • Introducción a la Ingeniería de Control

Define qué son los sistemas de control y su rol en la automatización y la ingeniería. Establece el vocabulario y el contexto para todos los capítulos siguientes.

Clase 1 • Álgebra de Diagramas de Bloques

Reduce sistemas complejos interconectados a una única función de transferencia equivalente. Prepara a los estudiantes para el análisis de lazo cerrado en capítulos posteriores.

Clase 2 • Representación en el Espacio de Estados

Presenta las variables de estado como una alternativa a las funciones de transferencia para sistemas con múltiples entradas y múltiples salidas. Conecta las formas de espacio de estados con las de función de transferencia.

Clase 3 • Representación mediante función de transferencia

Define la función de transferencia como la relación entre la salida y la entrada en el dominio s. Vincula modelos matemáticos con representaciones en diagrama de bloques.

Clase 4 • Ecuaciones Diferenciales de Sistemas Físicos

Aplica las leyes de Newton y de Kirchhoff para obtener las ecuaciones gobernantes. Proporciona la base matemática para todas las técnicas de modelado posteriores.

Clase 1 • Aproximaciones de Sistemas de Orden Superior

Extiende el análisis de segundo orden a sistemas de orden superior utilizando conceptos de polo dominante. Valida las aproximaciones mediante comparación con respuestas exactas.

Clase 2 • Señales de Entrada de Prueba Estándar

Define las entradas escalón, rampa, parabólica e impulso que se usan para la evaluación de sistemas. Establece un marco de prueba común que se aplica a lo largo de todo el capítulo.

Clase 3 • Análisis del Error en Estado Estacionario

Cuantifica el error en estado estacionario para distintos tipos de entrada usando constantes de error. Vincula el número de tipo del sistema con la precisión alcanzable.

Clase 4 • Respuesta de un Sistema de Segundo Orden

Analiza las respuestas subamortiguada, críticamente amortiguada y sobreamortiguada. Relaciona el factor de amortiguamiento y la frecuencia natural con las especificaciones técnicas del régimen transitorio.

Clase 1 • Método del lugar de las raíces

Traza el movimiento de polos en lazo cerrado a medida que varía la ganancia, usando las reglas del lugar de las raíces. Permite predecir gráficamente la estabilidad y el comportamiento transitorio.

Clase 2 • Concepto de Estabilidad en Control

Define las estabilidades BIBO y asintótica en función de la ubicación de los polos. Establece la estabilidad como un prerrequisito para todo trabajo de diseño de controladores.

Clase 3 • Medidas de Estabilidad Relativa

Cuantifica qué tan lejos está un sistema de la inestabilidad usando los márgenes de ganancia y de fase. Relaciona la estabilidad relativa con los requisitos prácticos de robustez.

Clase 1 • Fundamentos de respuesta en frecuencia

Define la respuesta en frecuencia como la salida en estado estacionario ante entradas sinusoidales. Conecta la magnitud y la fase con la evaluación de la función de transferencia del sistema.

Clase 2 • Criterio de Estabilidad de Nyquist

Aplica el criterio de Nyquist para evaluar la estabilidad a lazo cerrado a partir de diagramas a lazo abierto. Maneja sistemas con polos a lazo abierto en el semiplano derecho.

Clase 3 • Carta de Nichols y Respuesta en Frecuencia en Lazo Cerrado

Usa el gráfico de Nichols para leer la respuesta en frecuencia a lazo cerrado a partir de los datos a lazo abierto. Extrae el ancho de banda, la magnitud pico y la frecuencia de resonancia.

Clase 4 • Correlación entre los Dominios del Tiempo y la Frecuencia

Establece relaciones cuantitativas entre las métricas del dominio frecuencial y las especificaciones técnicas del dominio temporal. Permite a los diseñadores trasladarse entre ambos dominios.

Clase 1 • Control Proporcional, Integral y Derivativo

Explica el efecto de las acciones P, I y D sobre la respuesta del sistema en forma individual. Desarrolla la intuición para el comportamiento combinado del PID antes de la sintonización formal.

Clase 2 • Diseño de Compensadores de Adelanto y Atraso

Diseña compensadores de adelanto y atraso de fase para mejorar el desempeño transitorio y en régimen permanente. Utiliza los métodos de Bode y del lugar de raíces para la ubicación del compensador.

Clase 3 • Consideraciones para la implementación del controlador

Aborda cuestiones prácticas como la saturación de actuadores, el windup del integrador y el filtrado de la derivada. Cierra la brecha entre el diseño teórico y la implementación real.

Clase 4 • Diseño de Compensadores de Adelanto-Atraso

Combina elementos de adelanto y atraso para mejorar simultáneamente velocidad y precisión. Aborda las soluciones de compromiso de diseño cuando un solo compensador resulta insuficiente.

Clase 1 • Diseño de Observadores de Estado

Construye observadores de orden completo y de orden reducido para estimar estados no medidos. Aplica el principio de separación para combinar el observador con la realimentación de estado.

Clase 2 • Introducción al Control Óptimo

Presenta el regulador lineal cuadrático como un diseño sistemático óptimo de realimentación de estados. Explica el rol de las matrices de ponderación Q y R en las soluciones de compromiso de desempeño.

Clase 3 • Controlabilidad y Observabilidad

Define la controlabilidad y la observabilidad como requisitos previos para el diseño en espacio de estados. Proporciona tests matriciales para verificar estas propiedades antes de continuar.

Clase 4 • Realimentación Completa de Estados y Asignación de Polos

Diseña matrices de ganancia de realimentación de estado para ubicar los polos de lazo cerrado en las posiciones deseadas. Conecta las especificaciones transitorias deseadas con las posiciones objetivo de los polos.

Clase 1 • Estabilidad de sistemas de tiempo discreto

Mapea las condiciones de estabilidad del plano s al disco unitario del plano z. Aplica el criterio de estabilidad de Jury como el análogo discreto del criterio de Routh-Hurwitz.

Clase 2 • Transformada Z y Funciones de Transferencia Discretas

Aplica la transformada Z para convertir ecuaciones en tiempo discreto a forma algebraica. Deduce funciones de transferencia discretas a partir de modelos continuos.

Clase 3 • Diseño de Controladores Discretos

Diseña controladores PID digitales y por asignación de polos directamente en el dominio z. Compara los enfoques de diseño basado en emulación y diseño discreto directo.

Clase 4 • Implementación Digital Práctica

Aborda la cuantización, el retardo computacional y los efectos de longitud de palabra finita en procesadores reales. Proporciona pautas para la implementación robusta de controladores digitales.