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Academic Year/course: 2019/20

532 - Master's in Industrial Engineering

60820 - Control engineering


Syllabus Information

Academic Year:
2019/20
Subject:
60820 - Control engineering
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
532 - Master's in Industrial Engineering
ECTS:
6.0
Year:
1 and 2
Semester:
First semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The objectives of subject and its expected results are the following:


Objectives of theoretical type: The student seeks to know and manage with ease theoretical contents that support the control of systems using the computer. At the end of the subject the student will be able to:

  • Understand the role of the computer as an element of control.
  • Represent the behavior of systems and continuous signals in discrete domain, as well as the transformation between both domains.
  • Analyze and simulate the behavior of discretized systems in the discrete domain.
  • Identify continuous systems.
  • Understand the importance of the automation systems and control of discretized systems.

Objectives of practical type: It is pursued that the student performs well in a real control environment, applying and analyzing the practical aspects of the theoretical contents learned. At the end of the subject the student will be able to:

  • Simulate discretized systems.
  • Program controllers in a computer.
  • Use tools for the identification of systems.
  • Modeling and experimenting with discrete event systems and their control.

1.2. Context and importance of this course in the degree

Control Engineering is a homogenization subject for the students to have similar background when pursuing the Master of Industrial Engineering. In this context, the advanced concepts of the control of continuous systems are presented, addressing theoretical aspects, their implementation and practical application.

The student has studied previously Automatic Systems. The student learns in this subject to analyze and design digital control of continuous systems with techniques based on external representation. At the end of the subject the student is able to understand the advantages of the control of systems using computers, its importance in industrial processes from the technical, economic and environmental point of view, as well as to carry out its analysis and design. In this subject they are introduced to the modeling of discrete event systems, in the supervision and control systems (SCADA) and in the manufacturing control systems.

 

1.3. Recommendations to take this course

This course presents concepts and techniques of computer-based control for continuous systems. The modeling and control of discrete event systems and the simulation of hybrid systems are also presented. Upon completion, the student is able to model systems, analyze their behavior, design control schemes, and implement them using programming languages and commercial industrial controllers. The student will be able to understand and program control strategies for discretized systems and is capable of simulating hybrid systems, in which continuous and discretized systems are combined.

This is a homogenization subject so that all students who attend the Master of Industrial Engineering can have similar background of systems’ control and can take courses offered on related topics with control of systems. The students are expected to have completed a Degree in which they have acquired "Knowledge on the basics of automatisms and control methods", normally through the subject of Automatic Systems. The previous study of this subject provides the student with the basic tools necessary to develop, analyze, simulate, control a real system and achieve its automatic functioning.

The study and autonomous work are fundamental to take advantage of the subject. It is important to solve any doubts that may arise as soon as possible, for which the student has the assistance of the teacher, both during the classes and in the tutoring hours assigned to it.

2. Learning goals

2.1. Competences

Upon passing the subject, the student will be more competent to ...

Generic competences:

CG1 - Have adequate knowledge of the scientific and technological aspects of: mathematical, analytical and numerical methods in engineering, electrical engineering, energy engineering, chemical engineering, mechanical engineering, industrial electronics, automation, manufacturing, materials, quantitative methods for management, industrial computing, urban planning, infrastructure, etc.

Specific competences:

Ability to design control systems and industrial automation. Knowledge of the principles of automatic regulation and its application to industrial automation (CE24).

2.2. Learning goals

The student, to pass this subject, must demonstrate the following results ...

Design and implement the computer control of a system, selecting the most appropriate technique according to the control requirements and the context in which it is proposed.

Applies systems identification techniques in order to extract mathematical models suitable for use in control.

Simulates the behavior of dynamic systems using computer tools suitable for this purpose.

Designs a hierarchy of distributed control, solving both the communication needs between the different elements of the control architecture and the computerized supervision of the system.

2.3. Importance of learning goals

The knowledge that the student acquires in Control Engineering involves advanced aspects of the control and automation of systems and processes. Currently, the industrial processes have reached a high degree of automation. The control of operations is carried out by industrial regulators, industrial computers, programmable controllers, specific, robots, etc. The advanced understanding of the processes and the techniques to control them automatically can bring great improvements in working conditions, in the environment, in the quality of the product and in the competitiveness of the sector. With this subject the student will be able to analyze and design control systems using a computer.

The learning outcomes of this subject give students the ability to analyze real situations of control of industrial processes and enable them to propose control schemes and design appropriate control parameters that allow meeting certain operating requirements. These results, and the capacities and abilities derived from them, have a great importance in the industrial environment, where the control of processes and systems is fundamental for the development of the product, allowing reducing costs, both economic and environmental, and increasing the final quality of the product.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

The student must demonstrate that he has achieved the expected learning outcomes through the following assessment activities

In accordance with the regulations of the University of Zaragoza, the evaluation of this subject is established as "Global evaluation".

Given the relevance of the acquisition of practical skills in the subject, through the use of computer environments and in the laboratory, development of practical work will also be evaluated throughout the course.
The evaluation will comprise two parts:

- Individual written test (80%). Rated between 0 and 10 points (CT). It will be done during the exam period. The student will be evaluated from the theoretical point of view and problem solving.
- Evaluation of practical work (20%). Qualified between 0 and 10 points (CP). It can be evaluated throughout the course. In any case, a specific individual test will be carried out during the evaluation period for students who have not passed it during the course. In it the student will be evaluated from the point of view of practical work.

In order to pass the subject, it is required to obtain CP and CT scores greater than or equal to 4 points out of 10. Only in this case will the overall mark of the subject will be (0.20 * CP + 0.80 * CT). The subject is passed with an overall score of 5 points out of 10.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented towards achievement of the learning objectives. A wide range of teaching and learning tasks are implemented, such as

  • Lectures, where the main theoretical concepts of the course will be presented and illustrated with practical examples.
  • Practice sessions with problem-solving tasks and student participation.
  • Laboratory sessions, where practical work is carried out individually or in pairs and students put into practice the concepts of interest, and implement the designed control schemes in simulation and real systems.

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks:

  • T1 Lectures (30 hours). The teacher presents the theoretical and practical content of the course. The concepts and fundamentals of computer control are illustrated with examples. Student participation through questions and brief discussions is encouraged.
  • T2 Practice sessions (15 hours). Problems and case studies with student participation, coordinated with the theoretical contents. Students are encouraged to work on the problems previously.
  • T3 Laboratory sessions (15 hours). The student carries out the simulation, implementation of real control and analysis of automation systems. Task instructions will be available, which consists of a previous study and the different activities of the task. The preliminary study should be done prior to the session.
  • T7 Individual assignment (86 hours). It consists of an individual study of theoretical concepts and implementation problems. The ongoing work of the student is encouraged by the homogeneous distribution throughout the semester of the various learning activities.
  • T8 Assessment tests (4 hours). In addition to their grading function, the tests are also a learning tool with which the student checks the degree of understanding and assimilation acquired.

4.3. Syllabus

The course will address the following topics:

Lectures

  • Topic 1. Introduction.
  • Topic 2. Sampling and reconstruction of signals.
  • Topic 3. Z-Transform.
  • Topic 4. Analysis of discrete-time systems
  • Topic 5. Design of digital controllers. Industrial PID.
  • Topic 6. System identification.
  • Topic 7. Modeling discrete event systems.
  • Topic 8. Implementation of industrial automation controllers.

Laboratory sessions

  • Analysis of discrete systems and design of a digital controller.
  • System identification.
  • Modeling and analysis of a discrete event system.
  • Design and implementation of control and supervision.
  • Simulation of hybrid systems.

4.4. Course planning and calendar

Further information concerning the timetable, classroom, office hours, assessment dates and other details regarding this course, will be provided on the first day of class or please refer to the EINA website or http://add.unizar.es

 


Curso Académico: 2019/20

532 - Máster Universitario en Ingeniería Industrial

60820 - Ingeniería de control


Información del Plan Docente

Año académico:
2019/20
Asignatura:
60820 - Ingeniería de control
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
532 - Máster Universitario en Ingeniería Industrial
Créditos:
6.0
Curso:
2 y 1
Periodo de impartición:
Primer 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:

Objetivos de tipo teórico: Se persigue que el alumno conozca y maneje con soltura contenidos teóricos que sustentan el control de sistemas usando el computador. Al finalizar la asignatura el alumno será capaz de:

  • Comprender el papel del computador como elemento de control.
  • Representar el comportamiento de sistemas y señales continuas en dominio discreto, así como la transformación entre uno y otro dominio.
  • Analizar y simular en el dominio discreto el comportamiento de sistemas discretizados.
  • Identificar sistemas continuos.
  • Comprender la importancia de los sistemas de automatización y control de sistemas discretos.

Objetivos de tipo práctico: Se persigue que el alumno sepa desenvolverse con soltura en un entorno real de control, aplicando y analizando el alcance práctico de los contenidos teóricos aprendidos. Al finalizar la asignatura el alumno será capaz de:

  • Simular sistemas discretizados.
  • Programar controladores en un computador. Utilizar controladores industriales.
  • Utilizar herramientas para la identificación de sistemas.
  • Modelar y experimentar con sistemas de eventos discretos y su control.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Ingeniería de Control es una asignatura de homogeneización para que todos los alumnos tengan capacidades similares a la hora de cursar el Master de Ingeniería Industrial. En este contexto se presentan los conceptos avanzados del control de sistemas continuos abordando aspectos teóricos, de implementación y de su implantación y aplicación práctica.

El alumno ha cursado las asignaturas de grado y en particular Sistemas Automáticos. El alumno aprende en esta asignatura a analizar y diseñar sistemas de control por computador de sistemas continuos con técnicas basadas en la representación externa. Al finalizar la asignatura el alumno es capaz de comprender la transcendencia y ventajas del control de sistemas usando un computador, su importancia en los procesos industriales desde el punto de vista técnico, económico y ambiental, así como de realizar su análisis y diseño. En esa asignatura se les introduce en el modelado de sistemas de eventos discretos, en los sistemas de supervisión y control (SCADA) y en los sistemas de control de manufactura. También abordan la simulación de sistemas híbridos.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

En esta asignatura se presentan conceptos y técnicas de control por computador para sistemas continuos, así como la implementación de controladores industriales. También se presenta el modelado y control de sistemas de eventos discretos y la simulación de sistemas híbridos. Al finalizar, el alumno es capaz de modelar sistemas, analizar su comportamiento, diseñar esquemas de control, e implementarlos usando un lenguaje convencional y con controladores industriales comerciales. Es capaz de comprender y programar estrategias de control para sistemas de eventos discretos y es capaz de simular sistemas híbridos, en los que se combinan sistemas continuos y discretos.

Se trata de una asignatura de homogeneización para que todos los alumnos que cursan el Master de Ingeniería Industrial tengan conocimientos similares de control de sistemas y puedan cursar las obligatorias y/o optativas que se ofrezcan sobre control de sistemas. Los alumnos que la cursen ya han terminado un Grado en el que han adquirido “Conocimientos sobre los fundamentos de automatismos y métodos de control”, normalmente a través de la asignatura de Sistemas Automáticos. El estudio previo de esta materia proporciona al alumno las herramientas básicas necesarias para desarrollar, analizar, simular, controlar un sistema real y conseguir su funcionamiento automático.

El estudio y trabajo continuado, 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 asistencia del profesor, tanto durante las clases como en las horas de tutoría destinadas a ello.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Competencias genéricas:

CG1 - Tener conocimientos adecuados de los aspectos científicos y tecnológicos de: métodos matemáticos, analíticos y numéricos en la ingeniería, ingeniería eléctrica, ingeniería energética, ingeniería química, ingeniería mecánica, mecánica de medios continuos, electrónica industrial, automática, fabricación, materiales, métodos cuantitativos de gestión, informática industrial, urbanismo, infraestructuras, etc.

Competencias específicas:

Capacidad para diseñar sistemas de control y automatización industrial. Conocimiento de los principios de la regulación automática y su aplicación a la automatización industrial (CE24).

2.2. Resultados de aprendizaje

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

Diseña e implementa el control por computador de un sistema, seleccionando la técnica más adecuada en función de los requisitos de control y del contexto en el que se plantea.

Aplica técnicas de identificación de sistemas con el objeto de extraer modelos matemáticos adecuados para su uso en control.

Simula el comportamiento de sistemas dinámicos utilizando herramientas informáticas adecuadas para tal fin.

Diseña una jerarquía de control distribuido, resolviendo tanto las necesidades de comunicación entre los diferentes elementos del control como la supervisión informatizada del conjunto.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Los conocimientos que el alumno adquiere en Sistemas de control le sumergen en los aspectos avanzados del control y automatización de sistemas y procesos. Actualmente en los procesos se ha alcanzado a un alto grado de automatización. El control de las operaciones es realizado mediante reguladores industriales, computadores industriales, autómatas programables, controladores específicos, robots, etc. La comprensión avanzada de los procesos y las técnicas para controlarlos de forma automática pueden aportar grandes mejoras en las condiciones de trabajo, en el medio ambiente, en la calidad del producto y en la competitividad del sector que se trate. Con esta asignatura el alumno será capaz de analizar y diseñar sistemas de control usando un computador.

Los resultados de aprendizaje de esta asignatura dotan al alumno de capacidad de análisis de situaciones reales de control de procesos industriales y le capacitan para proponer esquemas y calcular los parámetros de control adecuados que permitan cumplir con unos requisitos de funcionamiento dados. Estos resultados, y las capacidades y habilidades de ellos derivadas, tienen una gran importancia en el entorno industrial, donde el control de procesos y sistemas es una pieza clave y fundamental para el desarrollo del producto, permitiendo reducir costes, tanto económicos como ambientales, y aumentar la calidad final del producto.

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

De acuerdo con la normativa de la Universidad de Zaragoza la evaluación de esta asignatura se establece como de “Tipo global”.

Dada la relevancia que en la asignatura tiene la adquisición de competencias prácticas, mediante el uso de entornos informáticos y en el laboratorio, a lo largo del curso irá siendo evaluado también el trabajo, basándose en el estudio previo, desarrollo del trabajo práctico, elaboración de una memoria y resolución de las cuestiones planteadas.

En cada convocatoria, la evaluación comprenderá dos partes:

  • Prueba escrita individual (80%). Calificada entre 0 y 10 puntos (CT). Se realizará en periodo de exámenes. En ella se evaluará al alumno del conjunto de resultados de aprendizaje desde el punto de vista teórico y de resolución de problemas.
  • Evaluación del trabajo práctico (20%). Calificada entre 0 y 10 puntos (CP), podrá superarse a lo largo del curso (Prueba gradual). En cualquier caso se realizará una prueba individual específica durante el periodo de evaluación para los alumnos que no la hayan superado durante el curso. En ella se evaluará al alumno del conjunto de resultados de aprendizaje desde el punto de vista del trabajo práctico.

Para la superación de la asignatura es condición imprescindible obtener calificaciones CP y CT mayor o igual que 4 puntos sobre 10. Sólo en ese caso, la calificación global de la asignatura será (0.20*CP+ 0.80*CT). La asignatura se supera con una calificación global de 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:

El proceso de enseñanza se desarrollará en tres niveles principales: clases de teoría, problemas y laboratorio. Se establecen mecanismos para analizar el seguimiento de la asignatura y su trabajo personal.

● En las clases de teoría se expondrán los fundamentos y base teórica de la asignatura ilustrado con ejemplos prácticos. 

● En las clases de problemas se desarrollarán problemas y casos tipo, con la participación de los estudiantes. 

● Se desarrollarán prácticas de laboratorio individualmente o en grupos de dos alumnos, donde el estudiante pone en práctica los conceptos de interés, implementando en simulación y en sistema reales los esquemas de control diseñados.

● Asimismo, para motivar al estudiante se llevarán a cabo actividades de aprendizaje relacionadas con ejemplos de aplicación industrial con la tecnología actualmente disponible.

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades...

Clase presencial (tipo T1)  (30 horas presenciales).

Sesiones de presentación magistral de contenidos teóricos y prácticos. Se presentan los conceptos y fundamentos del control por computador y su transcendencia ilustrándolos con ejemplos reales.  Se fomenta la participación del estudiante a través de preguntas y breves debates.

Clases de problemas y resolución de casos (tipo T2) (15 horas presenciales).

Se desarrollan problemas y casos de estudio con la participación de los estudiantes, coordinados en todo momento con los contenidos teóricos. Se fomenta que el estudiante trabaje previamente los problemas. 

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

El estudiante realiza la simulación, puesta en marcha y análisis de sistemas de automatización y control reales. Dispone de un guión de la práctica, compuesto de estudio previo y apartados de realización práctica en laboratorio. El estudio previo debe realizarse previamente a la práctica.

Estudio (tipo T7) (86 horas no presenciales). 

Estudio personal del estudiante de los conceptos teóricos y realización de problemas. Se fomenta el trabajo continuo del estudiante mediante la distribución homogénea a lo largo del semestre de las diversas actividades de aprendizaje. Se incluyen aquí las tutorías, como atención directa al estudiante, identificación de problemas de aprendizaje, orientación sobre la asignatura, atención a ejercicios y dudas.

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

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

Los contenidos que se desarrollan son los siguientes:

Tema 1: Introducción.
Tema 2: Muestreo y reconstrucción de señales.
Tema 3: Transformada Z.
Tema 4: Análisis de sistemas en tiempo discreto
Tema 5: Diseño de controladores digitales. PID Industrial.
Tema 6: Identificación de sistemas.
Tema 7: Modelado de sistemas de eventos discretos.
Tema 8: Implementación de controladores industriales de automatización.

Los temas a desarrollar en las prácticas de laboratorio son:

-Análisis de sistemas discretos y diseño de un controlador digital.
-Identificación de sistemas.
-Modelado y análisis de un sistema de eventos discretos
-Diseño e implementación de un control y supervisión.
-Simulación de sistemas híbridos.

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

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

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 página 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 el Anillo Digital Docente (ADD) de la Universidad de Zaragoza.

A título orientativo:

● Clases magistrales de acuerdo con los horarios establecidos por el centro.

● Aproximadamente cada dos semanas el estudiante realizará una práctica de laboratorio.

● Las actividades adicionales que se programen (trabajos, pruebas, seminarios…) se anunciarán con suficiente antelación, tanto en clase como en el ADD.

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