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Academic Year: 2019/20

440 - Bachelor's Degree in Electronic and Automatic Engineering

29851 - Industrial Electronics


Teaching Plan Information

Academic Year:
2019/20
Subject:
29851 - Industrial Electronics
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
440 - Bachelor's Degree in Electronic and Automatic Engineering
ECTS:
6.0
Year:
4
Semester:
Second semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

2. Learning goals

3. Assessment (1st and 2nd call)

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

This course is organized under the Project-Based Learning (PBL) approach. From the beginning, students must develop an experimental project related to Industrial Electronics. This project requires several previous skills and knowledge in the field of Programmable Electronic Systems, Power Electronics, Instrumentation and Automatics. Complementary skills and knowledge on the modeling, simulation and control of electrical machines and mechatronic systems is provided along the course.

The development of the electrical traction of a four-wheel vehicle is an example of such a project. The vehicle is a 1/10 scale off-road buggy powered by a permanent magnet three-phase synchronous motor. The challenge of the project is simple: the vehicle must cover a distance of 4 meters as fast as possible observing a maximum acceleration and deceleration level. The acceleration and deceleration levels are monitored by a ball-ramp system. Students must develop the kinematic and dynamic model of the vehicle, they must work on the electromagnetic model of the motor, they must understand the basics of the programming of real-time control of motors and, finally, students ought to improve their skills on the experimental tuning of control loops.

The learning-teaching process takes place in three areas:

  • In the classroom: the lecturer will explain the project to be developed and the milestones to be achieved. Part of the work will be carried out in the classroom. At each development step, the students will show their proposals to the entire class and after an open discussion phase, the best-suited solution will be retained as the basis for future developments.
  • At the laboratory: students will implement and validate experimentally previously proposed developments.
  • Personal homework: in groups of two, three or four persons, students will work on the achievement of the required milestones.

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks: 

IN-PERSON ACTIVITIES: 2.4 ECTS (60 hours)

1) Classroom activities (type T1) (15 hours)

Theoretical and practical contents will be explained. The lecturer will show the fundamentals and basic concepts of the required knowledge in order to achieve the milestones of the project. Each concept will be explained close to the moment where it is required.

2) Problem and case-solution activities (type T2) (30 hours)

This activity will turn around the problems and issues raised by the achievement of each milestone. The solution to these problems and any related work will be carried out in groups.

3) Laboratory work (type T3) (15 hours)

Students will implement and test the experimental validity of the solutions they have developed.

NOT IN-PERSON ACTIVITIES: 3.6 ECTS (90 hours)

4) Demanded works (type T6) (66 hours)

The lecturer will ask to carry out some works related to several milestones aligned with the project to be developed. This activity can be done individually or in groups.

5) Self-study (type T7) (20 hours)

Personal work of each student in order to achieve a comprehensive knowledge of the concepts and methods required on the achievement of the milestones of the project.

6) Assessment activities (type T8) (4 hours)

The assessment will be done based on the degree of achievement of the different milestones of the project.

4.3. Syllabus

The course will address the following topics: 

  1. Specifications and requirements in Industrial Electronic applications.
  2. Mechatronic systems: fundamentals, modeling and simulation.
  3. Modeling of the Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM)
  4. Vector control of the PMSM
  5. Power electronic systems for the control of three-phase electrical machines.
  6. Programming of the real-time control of the PMSM on a microcontroller.
  7. Modeling and simulation of power electronic systems
  8. Experimental integration of power electronic systems, microcontrollers and actuators
  9. Control of the exchange of the energy with the three-phase line

4.4. Course planning and calendar

Classroom and laboratory activities will be held according to the timetable published by the Faculty of Engineering.

The lecturer will inform about the timing of the tutorship sessions.

Other activities will be planned according to the number of students and will be published on  http://moodle.unizar.es

4.5. Bibliography and recommended resources

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=29851&year=2019


Curso Académico: 2019/20

440 - Graduado en Ingeniería Electrónica y Automática

29851 - Electrónica industrial


Información del Plan Docente

Año académico:
2019/20
Asignatura:
29851 - Electrónica industrial
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
440 - Graduado en Ingeniería Electrónica y Automática
Créditos:
6.0
Curso:
4
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

El objetivo de la asignatura es formar al alumno en el control en tiempo real de sistemas electrónicos de potencia asociados a accionamientos eléctricos. Este tipo de accionamiento está presente en

  • la industria (bobinadoras, laminadoras, máquina herramienta, robots, etc...)
  • tracción de vehículos (coches, trenes, ascensores etc.)
  • propulsión naval
  • dirección asistida eléctrica
  • tuneladoras
  • generación eólica, etc...

Para el éxito en el diseño de este tipo de sistemas, el alumno debe combinar el conocimiento de los modelos de máquinas eléctricas, las competencias en el diseño de sistemas electrónicos de potencia, el conocimiento de los sistemas programables, la capacidad de modelar sistemas mecatrónicos y, adicionalmente, dominar las peculiaridades del control en tiempo real.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Los estudiantes han cursado previamente las asignaturas “Fundamentos de electrotecnia” (1º), “Fundamentos de electrónica” (2º), “Electrotecnia” (2º), “Electrónica analógica” (2º), “Electrónica digital” (2º), “Sistemas electrónicos programables” (3º), “Electrónica de potencia” (3º) e “Ingeniería de control” (3º).  Las capacidades y conocimientos adquiridos en estas asignaturas se combinan en “Electrónica industrial” para diseñar e implementar el control en tiempo real de un accionamiento controlado electrónicamente.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Esta asignatura trata sobre los fundamentos de la mecatrónica, por lo que se requieren conocimientos de Fundamentos de Electrónica, Sistemas Electrónicos Programables, Electrónica de Potencia, Instrumentación Electrónica y Sistemas Automáticos.

La asignatura se articula alrededor de un proyecto (desarrollo de un sistema mecatrónico) a realizar a lo largo del semestre, utilizando un caso de estudio real, como pueda ser la tracción de un vehículo eléctrico, por lo que el estudio y trabajo continuado, desde el primer día del curso, son fundamentales para superar con el máximo aprovechamiento la asignatura.  

 Es importante resolver cuanto antes las dudas que puedan surgir, para lo cual el estudiante cuenta con la asesoría del profesor, tanto durante las clases como en las horas de tutoría destinadas a ello.  Pueden realizarse consultas puntuales a través de correo electrónico.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Competencias específicas

1.- Conocimiento de los fundamentos y aplicaciones de la electrónica analógica

2.- Conocimiento de los fundamentos y aplicaciones de la electrónica digital y microprocesadores

3.- Conocimiento aplicado de electrónica de potencia

4.- Conocimiento aplicado de instrumentación electrónica

5.- Capacidad para diseñar sistemas electrónicos analógicos, digitales y de potencia

Competencias genéricas

1.- Capacidad para concebir, diseñar y desarrollar proyectos de Ingeniería

2.- Capacidad para combinar los conocimientos básicos y los especializados de Ingeniería para generar propuestas innovadoras y competitivas en la actividad profesional

3.- Capacidad para resolver problemas y tomar decisiones con iniciativa, creatividad y razonamiento crítico

4.- Capacidad para comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en castellano

5.- Capacidad para usar las técnicas, habilidades y herramientas de la Ingeniería necesarias para la práctica de la misma

6.- Capacidad de gestión de la información, manejo y aplicación de las especificaciones técnicas y la legislación necesarias para la práctica de la Ingeniería

7.- Capacidad para aprender de forma continuada y desarrollar estrategias de aprendizaje autónomo

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

Especifica los requerimientos de una aplicación de Electrónica Industrial

Modela y simula aplicaciones mecatrónicas

Diseña sistemas electrónicos para el accionamiento de máquinas eléctricas y otras aplicaciones industriales

Desarrolla el control en tiempo real de sistemas mecatrónicos basado en microcontroladores

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

El ámbito de los accionamientos eléctricos se ubica en la confluencia de cuatro ámbitos de especialización: la electrónica digital programable, la electrónica de potencia, las máquinas eléctricas y la automática. En esta asignatura se capacita al alumno para poder interrelacionar estos cuatro ámbitos de forma estructurada y eficaz.

Uno de los resultados de aprendizaje consiste en poder especificar adecuadamente los requerimientos de una aplicación mecatrónica. Para ello será necesario que sea capaz de modelar y simular la aplicación, otro de los resultados de aprendizaje previstos. Estas capacidades permitirán al alumno afrontar con garantías la selección de los dispositivos y sistemas más adecuados para los requerimientos establecidos, otro resultado de aprendizaje. Finalmente, gracias al último resultado de aprendizaje previsto, el alumno será capaz de desarrollar el control en tiempo real de los sistemas mecatrónicos seleccionados.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluacion

Trabajos y Actividades Evaluables (30%)

La asignatura se articula alrededor de un proyecto de desarrollo a realizar a lo largo del semestre. Los alumnos, distribuidos en grupos, deberán cumplimentar, documentar y/o presentar oralmente, los diferentes hitos que resulten de las tareas en las que se va a estructurar el proyecto. Las actividades concretas a realizar y la ponderación aplicable se comunicarán en clase y en http://moodle.unizar.es/.

La calificación se establecerá de 0 a 10 puntos, suponiendo un 30% de la calificación global.

El estudiante que no presente los entregables en las fechas que se establezcan durante el período docente, o que no alcance una calificación mínima de 3.5 puntos sobre 10, deberá superar la materia correspondiente en el marco de las Pruebas Globales a realizar en las Convocatorias Oficiales.  En el caso de los trabajos en grupo, deberá entregar entonces los informes; las actividades individuales se evaluarán mediante un examen escrito.

Prácticas de Laboratorio (50%)

En las prácticas de laboratorio se implementarán y validarán, experimentalmente, parte de los hitos que se alcancen en el desarrollo de las tareas conducentes al proyecto global a implementar en la asignatura. Se calificarán en la propia sesión de laboratorio. Se valorará la preparación previa y el grado de consecución o éxito en la implantación de la solución.

Calificación de 0 a 10 puntos. Supondrá el 50% de la nota global del estudiante (el estudiante que no asista a una sesión en el horario programado tendrá una calificación de 0 en dicha sesión).  Para superar la asignatura se debe obtener una calificación mínima de 3.5 puntos sobre 10.

El estudiante que no supere las prácticas en el período docente, deberá realizar un examen de laboratorio en el marco de las Pruebas Globales correspondientes a las Convocatorias Oficiales.

CONVOCATORIAS OFICIALES

En las dos convocatorias oficiales se llevará a cabo la evaluación global del estudiante.  Quien haya superado las Prácticas y los Trabajos y Actividades en el período docente, tan solo está obligado a realizar la entrega de Trabajo final.

1) Entrega de Trabajo final (20%). El alumno hará entrega de un documento resumen en el que se recogerá el trabajo de diseño realizado a lo largo de toda la asignatura. Este documento incluirá todas las hipótesis, desarrollo y soluciones adoptadas en las fases del proyecto. Se valorará la organización del documento y la capacidad de síntesis y comunicación. Para superar la asignatura se debe obtener una calificación mínima de 3.5 puntos sobre 10.

2) Entrega de Trabajos y examen de Actividades Evaluables (30%).  Para aquellos que no lo hayan hecho a lo largo del curso o que, habiéndolo hecho, no alcancen la calificación mínima, podrán optar por presentar todos los trabajos exigidos en esta convocatoria. El alumno deberá explicar, de forma oral, parte de los trabajos o actividades evaluables presentados. Para superar la asignatura se debe obtener una calificación mínima de 3.5 puntos sobre 10.

3) Examen de Laboratorio (50%). Para aquellos que no hayan participado en las sesiones de laboratorio a lo largo del curso o que, habiéndolo hecho, no alcancen la calificación mínima, podrán optar por este Examen de Laboratorio. Esta prueba será práctica y se desarrollará en el laboratorio.  Para superar la asignatura se debe obtener una calificación mínima de 3.5 puntos sobre 10.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

Esta asignatura se articula mediante el método de Aprendizaje Basado en Proyectos: desde el inicio se planteará el diseño y realización de un proyecto en el que se desarrollen competencias y conocimientos del ámbito de la electrónica industrial, en concreto los adquiridos por el alumno en asignaturas previas como Sistemas electrónicos programables, Electrónica de potencia, Instrumentación electrónica… Asimismo, se proporcionará formación complementaria sobre control de máquinas eléctricas y modelado y simulación de sistemas mecatrónicos.

Un ejemplo de proyecto podría ser el desarrollo de la tracción eléctrica de un vehículo dotado de un motor síncrono de imanes permanentes. El objetivo del proyecto es conseguir que el vehículo recorra una distancia determinada en el mínimo tiempo posible, respetando unos límites de aceleración máxima y mínima. El alumno deberá desarrollar el modelo cinemático y dinámico que se observa desde el eje del motor, desarrollar los perfiles de aceleración y velocidad necesarios, comprender el modelo dinámico del motor, comprender las peculiaridades de la programación orientada al control en tiempo real, diseño de los circuitos electrónicos, etc.

El proceso de enseñanza se desarrollará en tres ámbitos:

  • En clase: el profesor planteará el proyecto a realizar y los hitos concretos que habrá que cubrir. Se realizarán parte de los trabajos dirigidos. Los alumnos presentarán sus propuestas de desarrollo y soluciones y se debatirá sobre la adecuación de las mismas.
  • En el laboratorio: los alumnos validarán experimentalmente las propuestas desarrolladas.
  • Ámbito personal: cada alumno, bien en grupo o por su cuenta, trabajará en la consecución de los hitos requeridos.

4.2. Actividades de aprendizaje

TRABAJO PRESENCIAL: 2.4 ECTS (60 horas)

1) Clase presencial (tipo T1)  (15 horas).

Sesiones expositivas de contenidos teóricos y prácticos. Se presentaran los conceptos y fundamentos necesarios para el cumplimiento de los objetivos planteados en el proyecto a realizar a lo largo del curso. Estas exposiciones se realizarán en el momento en que sean necesarios para la consecución de cada hito.

2) Clases de problemas y resolución de casos (tipo T2) (30 horas).

Giraran alrededor de los problemas que surjan para la consecución de los hitos relativos al proyecto a desarrollar. Los problemas y trabajos se realizarán en grupos.

3) Prácticas de laboratorio (tipo T3) (15 horas).

Los alumnos implementarán y comprobarán experimentalmente la validez de las soluciones planteadas en clase.

TRABAJO NO PRESENCIAL: 3.6 ECTS (90 horas)

4) Trabajos docentes (tipo T6) (66 horas).

Actividades que el estudiante realizará sólo o en grupo y que el profesor irá proponiendo en forma de hitos a desarrollar para alcanzar los objetivos del proyecto planteado.

5) Estudio (tipo T7) (20 horas). 

Estudio personal del estudiante de los conceptos y métodos subyacentes en los desarrollos realizados en clase y, fuera de ella, en el seno del grupo asignado. Le permitirá consolidar los aspectos relevantes en el diseño e implantación de sistemas electrónicos para el control en tiempo real de máquinas eléctricas.  Se incluyen aquí las tutorías, como atención directa al estudiante, identificación de problemas de aprendizaje, orientación en la asignatura, atención a desarrollos y trabajos…

6) Pruebas de evaluación (tipo T8) (4 horas).

Además de la función calificadora, la evaluación también es una herramienta de aprendizaje con la que el alumno comprueba el grado de comprensión y asimilación alcanzado.

4.3. Programa

  1. Especificaciones y requerimientos en aplicaciones de Electrónica Industrial
  2. Sistemas mecatrónicos: fundamentos, modelado y simulación
  3. Modelado de máquina de imanes permanentes
  4. Control vectorial de máquinas de imanes permanentes
  5. Sistemas electrónicos de potencia para el control de máquinas eléctricas
  6. Programación en microcontrolador del control en tiempo real de máquina de imanes permanentes
  7. Simulación de sistemas electrónicos para el control en tiempo real de accionamientos eléctricos
  8. Integración experimental de sistemas de electrónica de potencia, microcontroladores y accionamientos
  9. Control del intercambio de energía con la red eléctrica

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Las clases magistrales y de problemas y las sesiones de prácticas en el laboratorio se imparten según horario establecido por el centro (horarios disponibles en su página web).

Cada profesor informará de su horario de atención de tutoría.

El resto de actividades se planificará en función del número de alumnos y se dará a conocer con la suficiente antelación.  Podrá consultarse en http://moodle.unizar.es

El calendario detallado de las diversas actividades a desarrollar se establecerá una vez que la Universidad y el Centro hayan aprobado el calendario académico (el cual podrá ser consultado en la web del centro).

La relación y fecha de las diversas actividades, junto con todo tipo de información y documentación sobre la asignatura, se publicará en http://moodle.unizar.es/

A título orientativo:

- Cada semana hay programadas 3h de clases en aula.

- Cada dos semanas el estudiante realizará una práctica de laboratorio.

- Las actividades adicionales que se programen (trabajos, pruebas…) se anunciarán con suficiente antelación, tanto en clase como en http://moodle.unizar.es/.

- Las fechas de los exámenes y pruebas de convocatoria oficial las fijará la dirección del Centro.

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=29851&year=2019