Universidad Pública de Navarra - Nafarroako Univertsitate Publikoa

Módulo/Materia

Módulo: Formación Común a la Rama Industrial

Materia: M25 Electrónica y Automática

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Descripción/Contenidos

Esta asignatura es el primer contacto con la Electrónica y la Automática de los estudiantes del Grado en Ingeniería Mecánica. Pretende mostrar al estudiante qué es la Electrónica, qué es la Automática y para qué sirven. Así, se recogen los fundamentos de circuitos electrónicos para poder entender el funcionamiento básico de los bloques constructivos de elementos más complejos, tanto en el campo de la electrónica analógica como en el campo de la electrónica digital. Del mismo modo, se explican los conceptos básicos de la teoría de control, haciendo hincapié en el de realimentación. También se describen los elementos de un sistema de control, y se enseñan técnicas clásicas de análisis de los mismos, tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia. Por último, se presentan
las acciones de control básicas, y su efecto sobre el comportamiento del sistema controlado. Es importante destacar que se pretende ver tanto los aspectos comunes como independientes de ambas disciplinas. También cabe remarcar, el especial hincapié de la asignatura en su visión más práctica. Finalmente, con esta asignatura se pretende tanto asentar las bases para posteriores profundizaciones
en la temática con posibles asignaturas optativas, así como presentar a los alumnos que no cursen estas asignaturas una visión sencilla pero sólida de la temática mencionada.
En particular se pretende que los alumnos conozcan los siguientes hitos:
Introducción a las tareas que actualmente afronta la electrónica.
Dispositivos fundamentales.
Análisis funcional de circuitos de señal, tanto analógicos como digitales.
Descripción funcional de equipos de potencia.
Ejemplos prácticos de integración en aplicaciones concretas de circuitos de señal y
de potencia.
Representación externa de Sistemas Dinámicos Lineales.
Análisis en el dominio del tiempo.
Análisis en el dominio de la frecuencia.
Diseño usando métodos empíricos

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Competencias genéricas

CG1, CG2 ,CG3, CG4, CG5, CG10

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Competencias específicas

CC5, CC6

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Resultados aprendizaje

Al finalizar el curso, el estudiante debe ser capaz de:

RA01.- Conocer los componentes electrónicos fundamentales.
RA02.- Saber desglosar un problema en bloques funcionales de fácil implementación con circuitos electrónicos.
RA03.- Saber analizar circuitos electrónicos.
RA04.- Entender y conocer las cualidades y limitaciones básicas de los circuitos analógicos, digitales y de potencia.
RA05.- Saber integrar una solución mixta, analógica y digital, para la implementación electrónica de una aplicación industrial particular.

RA06.- Manejar equipamiento de laboratorio propio del campo de la electrónica
RA07.- Describir los elementos de un sistema de control y su función.
RA08.- Modelizar y analizar el comportamiento de sistemas lineales y caracterizar el régimen transitorio y el permanente.
RA09.- Modelizar el comportamiento de sistemas complejos a partir de sus elementos constituyentes.
RA10.- Establecer los objetivos del sistema de control a partir de las especificaciones de comportamiento, tanto para seguimiento de la referencia como para rechazo de perturbaciones.

RA11.- Manejar un software de simulación y control.

RA12.- Simular sistemas dinámicos tanto en lazo abierto como cerrado, y analizar los resultados.

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Metodología

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Idiomas

Castellano

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Evaluación

A.- Actividades de evaluación continua.

Se realizarán cuatro pruebas parciales (Pruebas escritas y Pruebas de respuesta corta) a lo largo del curso, cada una ellas asociada a uno de los apartados del temario. Se requiere una calificación superior a 5 en todas ellas para poder superar la asignatura. La media de las cuatro calificaciones obtenidas tendrá un peso del 75% en la calificación final de la asignatura.

Dependiendo de la situación sanitaria serán pruebas presenciales o telemáticas con el mismo peso en la calificación de la asignatura que la prueba presencial a la que sustituye.

B.- Prácticas.

Las prácticas son evaluadas en función del trabajo desarrollado antes de y durante las sesiones de prácticas y junto al examen de prácticas. La calificación obtenida supone un 25% de la nota final de la asignatura. La asistencia a todas y cada una de las sesiones es voluntaria.

Dependiendo de la situación sanitaria serán pruebas presenciales o telemáticas con el mismo peso en la calificación de la asignatura que la prueba presencial a la que sustituye.

Evaluación de Recuperación:

Se podrán recuperar las partes no superadas del apartado A (actividades de evaluación continua) respondiendo a las preguntas correspondientes en la convocatoria extraordinaria.

En caso de obtener una media igual o superior a 5, pero no satisfacer alguno de los requerimientos expuestos anteriormente, la calificación final será de 4.0.

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Temario

TEORÍA

T1.- Introducción (1h)
Introducción a la electrónica

T2.- Conceptos básicos y necesidades (2h)
Breve descripción de la teoría de circuitos, diferencias entre elementos lineales
y no lineales, tipos de señales, generadores de señales, unidades, elementos básicos,
leyes básicas¿
En este tema se incluirá un circuito sencillo para el control de una aplicación
real, por ejemplo un controlador de temperatura o luminosidad. Este circuito, que
denotamos como C1, nos dará un vínculo de unión con la parte de Automática y con el
temario que vamos a ir desarrollando.

T3.- El diodo. (5h)
¿Qué hay en C1 relacionado con este tema?
Funcionamiento del diodo, diodo Led y fotodiodo.
Análisis hojas de características.
Aplicaciones de interés: Puente de diodos y estabilización con LM7805.
Ejercicios sencillos.
Análisis de la parte de C1 en relación al tema.

T4.- El transistor MOSFET y BJT (10h)
¿Qué hay en C1 relacionado con este tema?
Funcionamiento del transistor MOSFET y BJT; Modelos de funcionamiento.
Aplicaciones analógicas y digitales.
Análisis hojas de características.
Ejercicios sencillos.
Análisis de la parte de C1 en relación al tema.
Transistores de potencia y diseño de radiadores.

T5.- El AO (5h)
Presentación del AO y de su funcionamiento sin realimentación (comparador) y
con realimentación (amplificador).
Análisis hojas de características.
Ejercicios sencillos
Análisis de la parte de C1 en relación al tema.

T6.- Introducción a los sistemas de control (7h)
Sistemas y modelos
Estados, entradas y salidas
Diagramas de bloques
Realimentación y prealimentación
Lazo abierto y lazo cerrado
Realimentación positiva y negativa
Perturbaciones y ruido
Ejemplos clásicos de sistemas de control
Modelado de sistemas mecánicos, eléctricos y térmicos
Transformada de Laplace
La función de transferencia
Polos y ceros de la función de transferencia
Funciones de transferencia y diagramas de bloques (Laplace)
Álgebra de bloques

T7.- Análisis de sistemas en el dominio del tiempo (8h)
Señales normalizadas para el análisis de sistemas
Estabilidad de un sistema LTI
Estabilidad de sistemas simples
Estabilidad y polos de la función de transferencia
Respuesta transitoria y estado estacionario
Parámetros de la respuesta escalón
Respuesta escalón de sistemas de primer orden
Respuesta escalón de sistemas de segundo orden
Dinámicas dominantes
Cálculo de errores en estado estacionario
Tipo de sistema y errores
El lugar de raíces
Condiciones de ángulo y magnitud

T8.- Análisis de sistemas en el dominio de la frecuencia (4h)
Respuesta frecuencial
Diagrama de Bode
Factores básicos
Estabilidad relativa
Margen de fase y margen de ganancia
Frecuencia de corte y ancho de banda

T9.- Acciones de control básicas. Controladores PID. (4h)
Estructuras básicas de control
Acciones de control en un PID
Primer método de Ziegler-Nichols
Segundo método de Ziegler-Nichols

PRÁCTICAS

P1.- Manejo instrumentación y circuitos con diodos y diodos led. (3h)
P2.- Circuitos con AO. (3h)
P3.- Introducción a Matlab y Simulink Representación y simulación de sistemas. (3h)
P4.- Análisis de sistemas en el dominio del tiempo. Dominancia. Estabilidad. Análisis en el dominio de la frecuencia. (3h)

Examen laboratorio Electrónica (1,5 h)

Examen laboratorio Automática (1,5 h)

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.

Bibliografía básica

- Material de la asignatura (disponible en el sitio de la asignatura en MiAulario)

Bibliografía general de Electrónica

- A. Sedra and K. C. Smith, Microelectronic Circuits, 6ª edition, Oxford Univ. Press, 2010.
- A. R. Hambley, Electronics. Second Edition, Prentice-Hall, 2000.
- J.David Irwin. Análisis básico de circuitos en ingeniería. 5ª edición, Prentice-Hall, 1997.

Bibliografía general de Automática

- B. Kuo, Sistemas de control automático, 7ª edición, Prentice Hall, México, 1996.
- R. C. Dorf y R. H. Bishop, Sistemas de control moderno, 10ª edición, Pearson, Madrid, 2005.
- K. Ogata, Ingeniería de control moderna, 5ª edición, Pearson, Madrid, 2010.

Bibliografía complementaria de Electrónica

- Norbet R. Malik, Electronic Circuits. Analysis, Simulation & Design. Ed.: Prentice-Hall 1995.
- D. A. Neamen, Electronic Circuit Analysis and Design, 2ª edicion, MacGraw-Hill, 2000.
- R. C. Jaeger y T. N. Blablock, Microelectronic Circuit Design, Second Edition, McGraw-Hill,
2004.
- A. Malvino y D.J. Bates, Principios de Electrónica. 7ª edición, McGraw-Hill, 2007.
- K. C. Smith, KC¿s Problems for Microelectronic Circuits. Fourth Edition, Oxford Univ. Press,
1998.
-Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits. Anant Agarwal, and Jeffrey Lang,
Ed.:Morgan Kaufmann, 2005.

Bibliografía complementaria de Automática

J. B. Galván Herrera, Control Analógico de Sistemas Lineales, Ulzama Digital, Pamplona
L. Moreno, S. Garrido y C. Balaguer, Ingeniería de control, Modelado y control de sistemas
dinámicos, Ariel, 2003
J.J. D'azzo y C.H. Houpis, Linear Control System Analysis and Design with Matlab, Marcel
Dekker, 2003
G. C. Goodwin, S. F. Graebe y M. E. Salgado, Control System Design, Prentice-Hall, 2001
G. F. Franklin, J. D. Powell y A. Emani-Naeini, Control de Sistemas Dinámicos con
Retroalimentación, Addison-Wesley Iberoamericana, 1991
C. L. Phillips y R. D. Harbor, Feedback Control Systems, Prentice-Hall, 1988
K. J. Åström y R. M. Murray, Feedback Systems, An introduction for Scientists and Engineers,
Princeton University Press, 2008
P. Albertos e I. Mareels, Feedback and Control for Everyone, Springer, 2010
R. L. Woods y K.L. Lawrence, Modelling and simulation of dynamic systems, Prentice-Hall,
1997
W. J. Palm, Modelling, Analysis and Control of Dynamic Systems, 2nd edition, John Wiley &
Sons, 2000
F. G. Shinskey, Process Control Systems, McGraw-Hill, 1996
C.A.Smith y A.B.Corripio, Control Automático de Procesos, Limusa, 2006.

G. Stephanopoulos, Chemical Process Control, Prentice Hall, 1984
K. J. Åström y T. Hägglund, Control PID Avanzado, Pearson, 2009
K. J. Åström y T. Hägglund, PID Controllers: Theory, Design and Tuning, ISA, 1995
C. Pérez, Matlab® y sus Aplicaciones en las Ciencias y la Ingeniería, Pearson, 2002
H. Klee, Simulation of Dynamic Systems with MATLAB® and Simulink®, CRC Press, 2007

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Lugar de impartición

Aulario y laboratorios

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