Modelado de Sistemas Físicos (ISFMSF)
Departamento de Sistemas de Control, Cátedra de Teoría de Control


Programa  Evaluación  Bibliografía  Enlaces   Lista de Clase  Anuncios

Información general de la materia

Tipo: Obligatoria;    Prelaciones: Cálculo 40, Introducción a los Procesos Químicos, Mecánica Racional, Laboratorio de Física General
Ciclo: Formativo (5to. semestre);   TPLU: 4 1 0 4; 

Este curso de 90 horas aporta los conocimientos básicos para representar, por medio de modelos matemáticos de tipo ecuaciones diferenciales ordinarias contínuas, sistemas físicos de diversa naturaleza, tomando como elemento básico de desarrollo el circuito eléctrico. El curso persigue, además, presentar con un enfoque inspirado en leyes físicas, algunas técnicas para el desarrollo de modelos matemáticos de sistemas físicos.

Objetivos Programa (en evaluación)

Unidad 1: Sistemas dinámicos
Tema 1. Introducción al modelado de sistemas.
Definición de dinámica (capacidad de memoria), relaciones estáticas y dinámicas. Definición de sistema (sub-sistemas) y de sistema dinámico. Clases de modelos. Descripción de modelo matemático. Modelos a parámetros concentrados y modelos a parámetros distribuidos, continuos y discretos. Jerarquía de modelos en términos de simplicidad versus precisión. Ejemplos.

Tema 2. Historia del modelado: métodos de observación (modelos del universo). Obtención del modelo matemático: modelado (M) e identificación (I). Propiedades, ventajas y desventajas. Representación interna, representación de caja negra. Procedimiento de modelado en el contexto de sistemas de control: definición, análisis, ecuaciones de balance (leyes físicas), relaciones constitutivas, solución y simplificación (simulación), validación. Ejemplos.

Tema 3. Caracterización de un sistema dinámico. Definición de tipos de variables (entrada, salida, internas, perturbaciones), parámetros y constantes. Unidades. Estimación de parámetros. Diagramas de bloques. Analogías entre sistemas físicos. Ejemplos.

Tema 4. Uso de herramientas computacionales para simulación de sistemas dinámicos. Introducción al uso del Matlab. Comandos básicos y desarrollo de archivos de programas .m . Uso de los comandos ode23 y ode45. Graficación de las soluciones. Ejemplos.

Número de horas para dictar la unidad: 15 horas.                                                                                                              Volver al inicio

Unidad 2: Modelado de sistemas de naturaleza física única.
Tema 1. Componentes básicos de un circuito eléctrico (fuentes y componentes R,L,C), relaciones constitutivas. Energía, elementos acumuladores, disipadores y fuentes. Relación entre energía almacenada y definición de estado. Ley de Ohm, resolución de circuitos simples por mallas y nodos (leyes de Kirchoff de corrientes y voltajes). Potencia eléctrica y su relación con la energía almacenada. Ejemplos. (10 horas)

Tema 2. Variables generalizadas: flujo y esfuerzo. Puerto de energía, potencia y energía, energía almacenada y estados generalizados. Elementos generalizados: fuentes, acumuladores y disipadores. Relaciones constitutivas entre los elementos y las variables generalizadas. Puertos, elementos de un puerto, 2 o más puertos. Ejemplos. (5 horas)

Tema 3. Elementos y variables en sistemas naturaleza física única: eléctricos, mecánicos, fluídicos (líquidos y gases), magnéticos y térmicos. Analogías. Energía y potencia en cada uno de ellos. Caracterización de la energía y co-energía en los diversos elementos acumuladores y de contenido y co-contenido en elementos disipadores. (10 horas)

Tema 4. Interconexión de elementos del sistema. Restricciones de compatibilidad de variables de esfuerzo y de continuidad de flujo: caso generalizado. Aplicación a sistemas de diferentes sistemas de naturaleza física única y sus relaciones con las leyes físicas fundamentales. Ejemplos de la obtención del modelo dinámico. (10 horas)

Número de horas para dictar la unidad: 35 horas.                                                                                                                      Volver al inicio

Unidad 3. Modelado de sistemas de naturaleza física diversa.
Tema 1. Multipuertos
Tema 2. Las ecuaciones del movimiento de Lagrange. Grados de libertad. El principio de Hamilton. Ejemplos de construcción de modelos. 25 horas

Unidad 4. Modelado de sistemas térmicos y químicos (procesos industriales).
Tema 1.  Principios básicos de la transferencia de calor. Leyes de cambio de estado.
Tema 2. Cinética de una reacción química.
Tema 3. Modelaje de un horno. Modelaje de un evaporador. Modelaje de una caldera. Modelaje de reactores químicos.    15 horas   Volver al inicio


Evaluación
: 3 evaluaciones parciales con una ponderación de 30% de la nota final cada uno. Participación en clase y asignaciones: 10% de la nota final.
                        No hay evaluación de tipo recuperativo.


Bibliografía

  1. Libros de Física general, tales como Halliday y Resnick, Sears y Semanski, entre otros.
  2. Libros de Cálculo y Ecuaciones diferenciales, tales como el Piskunov, Zill, entre otros.
  3. Libros de introducción a los sistemas de control lineales, tales como K. Ogata, B. Kuo, A. Barrientos y R. Dorf, entre otros.
  4. Wellstead P. E., Introduction to Physical System Modelling, Academic Press, 1979.
  5. Ogata K., Dinámica de Sistemas, Prentice Hall Hispanoamericana, 1987.
  6. Meisel J., Principios de Conversión de Energía Electromecánica, McGraw-Hill, 1969.
  7. Kecman V., State Space Models of Lumped and Distributed Systems, Springer-Verlag, 1988.
  8. Ljung L., Glad T., Modeling of Dynamic Systems,  Prentice Hall, 1994.
  9. Karnopp D.C., Margolis, Rosenberg, Systems Dynamics, Modeling and Simulation of Mechatronic Systems, Third Ed., Wiley, 2000.
  10. Shearer J., Kulakowski B., Dynamic Modeling and Control of Engineering Systems, Maxwell Macmillan, 1990.              Volver al inicio

Enlaces relacionados con la materia

Alumnos, si consiguen enlaces relacionados con los contenidos del curso y que les parezcan interesantes,  envíenmelos por correo electrónico y lo revisaré para incluirlo aquí.


Anuncios

Semestre A09

Aquí puedes bajar la guía de estudio en preparación correspondiente a la primera unidad.

                                                                                                                       Volver al inicio
 
Notas semestre A09 (alumnos inscritos incluyendo reclamos)

                                                                                                          Volver al inicio


Programa  Evaluación  Bibliografía  Enlaces  Lista de Clase  Anuncios  Volver al inicio