INGENIERÍA INDUSTRIAL
CUARTO CURSO
INGENIERÍA DE CONTROL
Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
PROFESORADO
Carlos Bordóns Alba
Daniel Rodríguez Ramírez
Eduardo Fernández Camacho
Juan Manuel Castaño
RESEÑA METODOLÓGICA
Esta asignatura presenta los conceptos básicos del Control por Computador, desarrollando la teoría necesaria para la implantación de controladores en la industria. Se aborda el diseño de controladores con nuevas metodologías, para resolver problemáticas concretas que aparecen en las aplicaciones reales.
La asignatura comienza introduciendo los fundamentos del control digital, para pasar a estructuras de control más complejas. Posteriormente se exponen los temas de control estocástico, adaptativo y predictivo. Para seguir esta asignatura son necesarios conocimientos de Control Automático y es aconsejable el conocimiento de Modelado y Simulación de sistemas.
La asignatura es anual y de doce créditos, que corresponden a cuatro horas semanales, que se dedicarán tanto al desarrollo de los aspectos teóricos como a la resolución de problemas y a la realización de prácticas de laboratorio a lo largo del curso. El alumno deberá además entregar una memoria de cada práctica.
Para aprobar la asignatura es necesario aprobar el examen escrito, las prácticas y un trabajo por grupos a realizar durante el primer cuatrimestre.
PROGRAMA
CAPITULO I: CONTROL POR COMPUTADOR.
Tema 1. Introducción. Conceptos Básicos. Funciones de un sistema de control por computador. Hardware específico. Estructuras básicas. Comunicaciones.
Tema 2. Secuencias y transformada en z. Definiciones. Transformada en z . Algunas transformadas. Propiedades. Transformada z inversa. Desarrollo de fracciones parciales. Desarrollo de series infinitas de potencias. Función de transferencia de sistemas descritos por ecuaciones en diferencias.
Tema 3. Proceso de muestreo. Transformada de Fourier de una señal muestreada. Muestreo de sistemas continuos. Reconstrucción de una señal muestreada. Mantenedores. Aliasing. Función de Transferencia de un sistema muestreado. Obtención de la función de transferencia pulsada.
Tema 4. Análisis de sistemas muestreados. Estabilidad. Errores en régimen permanente. Transitorios. Sistemas de primer orden. Sistemas de segundo orden. Relación del transitorio con diagramas de polos. Características frecuenciales de los sistemas discretos.
Tema 5. Discretización de controladores continuos. Aproximaciones de Euler. Aproximación trapezoidal. Métodos aproximados de diseño.
Tema 6. Diseño directo. Determinación directa del controlador. Características de la función de transferencia deseada.
Tema 7. Diseño en el espacio de estados. Descripción interna. Variables de estado. Formas canónicas. Realimentación lineal del vector de estados. Observadores. Filtro de Kalman. Control Lineal Óptimo Cuadrático.
CAPITULO II. CONTROL ESTOCASTICO.
Tema 8. Identificación de sistemas. Introducción. Propiedades de las
señales aleatorias. Modelos de procesos con ruidos. Algunas propiedades. Modelo
del sistema y de las perturbaciones. Condiciones de identificabilidad.
Condiciones de convergencia. Métodos de identificación.
Tema 9. El método de los mínimos cuadrados. Identificación mediante el método de los mínimos cuadrados. Mínimos cuadrados ponderados. Mínimos cuadrados recursivos. Enfoque estocástico del método. Mínimos cuadrados generalizados. Estimación de los valores de continua.
CAPITULO III. ESTRUCTURAS DE CONTROL COMPLEJAS.
Tema 10. Control de procesos con grandes retardos. Problemática de los
retardos en control. Predictor de Smith.
Predictor PI.
Tema 11. Control de procesos con
perturbaciones medibles.
Control en cascada. Control
anticipativo (feed-forward).
Tema 12. Otras estructuras de control. Control por ratio. Control de gama de partida. Control de máximos (override).
Tema 13. Introducción al control multivariable. Introducción. Modelado de sistemas multivariables. Método de Bristol. Matriz de transferencia del bucle cerrado. Desacoplo de variables.
Tema 14. Esquemas típicos de control
en la industria. Diagramas de proceso. Control de
calderas. Secaderos. Intercambiadores de vapor.
CAPITULO IV. CONTROL ADAPTATIVO.
Tema 15. Introducción al control adaptativo.
Planteamiento del problema. Control adaptativo por
modelo de referencia. Principio de adaptación a un modelo.
Tema 16. Controladores autoajustables I. Estructura general de los controladores autoajustables. Algoritmos con estructura implícita y explícita. Principio de equivalencia cierta. Procedimiento de síntesis.
Tema 17. Controladores autoajustables II.
Implantación. Algoritmos de control posibles. Regulador PID. Controlador en
número mínimo de intervalos. Controlador de mínima varianza. Controlador por
asignación de polos y ceros. Elección apropiada del algoritmo de control e
identificación. Elección de los parámetros a priori. Nivel supervisor en
control adaptativo. Aplicaciones. Controladores
industriales.
CAPITULO V. CONTROL PREDICTIVO
Tema 18. Control predictivo basado en modelo.
Introducción. Características del MPC. Estrategia de los controladores.
Elementos básicos. Modelos del proceso y de las perturbaciones. Algoritmos de
control predictivo.
Tema 19. Controladores predictivos. Control con Matriz Dinámica. Control predictivo generalizado. Formulación simple del GPC para procesos industriales.
Tema 20. Otros aspectos del control predictivo. Control multivariable. Control con restricciones. Control robusto.
BIBLIOGRAFÍA
Sistemas de control en tiempo discreto (2ª edición). K. Ogata, Ed. Prentice-Hall, 1996
Sistemas controlados por
computador. K.J. Astrom
y B. Wittenmark. Ed. Paraninfo, 1990.
Digital Control Systems. R. Isermann, Ed. Springer-Verlag,
1991.
Adaptive Control Systems. K.J. Astrom
y B. Wittenmark.
Model Predictive Control. E.F. Camacho y C. Bordons. Ed. Springer-Verlag.,
1999
Instrumentación y Control de
Procesos Químicos. P.Ollero
y E.F. Camacho. Ed. Síntesis, 1998
Principles and Practice of Automatic Process Control (2nd Edition). C. Smith and A. Corripio. Wiley, 1997
Instrumentación Industrial. A, Creus. Ed. Marcombo, 1989.
Control avanzado de procesos. Teoría y práctica. J. Acedo. Ed. Díaz de Santos, 2003