1 V Seminario de Innovación Docente en

Automática, León, 2018

Plataforma para la generación de ejercicios

prácticos de diseño de controladores PID

Carlos Sánchez Cazorla, Fabio Gómez-Estern

Universidad Loyola Andalucía

David Muñoz de la Peña

Universidad de Sevilla

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Evaluación automática

Boletines, prácticas, proyectos, exámenes

Fomentar el trabajo práctico del alumno / comunicación con el profesor

Trabajo del alumno

Evaluación

Tiempo de evaluación

Número de alumnos

Universidad masificada

Evaluación “continua”

Realimentación

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Evaluación automática

Ventajas de la evaluación automática

Gestionar grupos de muchos alumnos

Precisión a la hora de evaluar

Reutilizar ejercicios

Desventajas de la evaluación automática

Trabajo de diseño

Evaluación cuantitativa, no cualitativa

Evaluación

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Evaluación automática

• Herramientas de evaluación disponibles

-Exámenes de respuesta múltiple (diferentes variantes)

-Moodle, Blackboard, páginas web dedicadas

-Respuesta única, campo de texto, algebra simple…

¡No permiten evaluar conocimiento de tipo práctico

propias de las materias científico-técnicas!

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Doctus

6

Doctus

• Herramienta de recogida, almacenamiento y

evaluación de ejercicios

–La primera versión fue desarrollada en 2007

• Evaluación automática basada en un modelo de caja

negra en la que la respuesta del alumno se interpreta

como código

–Ejercicios personalizados para cada alumno con soluciones

basadas en complejos cálculos matemáticos

•Simulaciones usando Matlab, Simulink y EJS

–Ejercicios de programación en varios lenguajes

•Matlab, C, Java, Excel

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Doctus

• Alojamiento en una nueva máquina virtual

–Windows 2012 Server 64 bits

–XAMP

•PHP

•Apache

•SQL

–Laravel

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Doctus

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s1 = (-b-sqrt(b^2-4*a*c))/(2*a);

s2 = (-b+sqrt(b^2-4*a*c))/(2*a);

if abs(r1-s1)<0.0001&&abs(r2-s2)<0.0001

nota=10;

elseif abs(r1-s2)<0.0001&&abs(r2-s1)<0.0001

nota=10;

else

nota=0;

end

Ejemplo de ejercicio

Cálculo de la nota

Solución correcta

Comparación

Calcule las raíces de la ecuación a*x^2 +b*x +c = 0.

Entrega del alumno

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Ejemplo de ejercicio

Generar un enunciado

personalizado que tenga como

raíces los dos primeros dígitos del

DNI más uno

s1 = 1+str2num(dni(1));

s2 = 1+str2num(dni(2));

a = 1;

b = -s1-s2;

c = s1*s2;

Solución correcta

Parámetros correspondientes

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Ejemplo de ejercicio

Generar un enunciado

personalizado que tenga como

raíces los dos primeros dígitos del

DNI más uno

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Ejemplo de ejercicio

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Problema básico de control

• Diseño de controladores para sistemas lineales

–PID, redes de compensación, controladores genéricos

–Evaluación basada en especificaciones

•Simulación del sistema con la respuesta del alumno

•Especificaciones de control

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Ejercicios individualizados

• Cálculo de los parámetros de un problema a partir del

DNI

– Garantizar que todos los problemas tienes solución

– Garantizar que todos los problemas tienen una dificultad

similar

• Parámetros que definen el problema

– G(s), Gd(s), especificaciones

• Escalado temporal y de la ganancia de un problema

– Problema base definido por Gb(s), Gdb(s) y un conjunto de

especificaciones

– Solución conocida Cb(s)

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Ejercicios individualizados

• Escalado temporal y de la ganancia de un problema

• Solución del problema

• Parámetros nuevos manteniendo la naturaleza del

problema

16

Ejercicios individualizados

17

Ejercicios individualizados

• Ejemplo

– Función de transferencia base

– Especificaciones

• Sobreoscilación menor del 30%

• Tiempo de subida menor de 0.3s

– Controlador solución PD

• Td = 0.3

• Kp = 60

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Ejercicios individualizados

• Ejemplo

–Sistema en bucle cerrado

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4Step Response

Time (sec)

Am

plit

ude

Parámetro Valor

Sobreoscilación 28.87

T. Subida 0.2948

T. Establecimiento 1.1302

Frecuencia de corte 4.1466

Margen de fase 43.6235

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Ejercicios individualizados

• Ejemplo

– A = 0.5, tau = 2

– Especificaciones

• Sobreoscilación menor del 30%

• Tiempo de subida menor de 0.6s

– Controlador solución PD

Controlador solución PD

Td = 0.6

Kp = 120

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Ejercicios individualizados

• Ejemplo

–Sistema en bucle cerrado

Parámetro Valor

Sobreoscilación 28.87

T. Subida 0.5897

T. Establecimiento 2.2604

Frecuencia de corte 2.0733

Margen de fase 43.6235 0 1 2 3 4 5 60

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4Step Response

Time (sec)

Am

plit

ude

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Generación automática

• Interfaz de ayuda al profesor

– Genera de forma automática el código Matlab para

• Crear enunciados individualizados a partir del DNI

• Evaluar de forma automática los resultados del alumno

– No es necesario ningún conocimiento de Matlab

• Definir el problema de control base

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Sistema nominal

Carlos Sánchez Cazorla, 2015

http://cscazorla.es/tesis/

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Generación de plantas

• Rango de los valores de escalado

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Especificaciones

• Límites superior e inferior y nota correspondiente

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Integración con Doctus

• Códigos Matlab

–Generación del enunciado en formato texto

–Evaluador automático

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Ejemplo de uso

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Ejemplo de uso

• http://doctus.us.es/tutorial/public/index.php

– DNI inv25 clave 1234

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Ejemplo de uso

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Fundamentos de Control

• 2º GITI

– 453 alumnos matriculados

– Evaluación automática de 5 ejercicios de diseño de

controladores

•Nota cuantitativa (100% automática)

•Enunciados disponibles con una semana de antelación

•Ejercicios personalizados por el DNI

–Repetir los mismos módulos cada año

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Fundamentos de Control

• Para el DNI 28847022

Problema 1

Para la planta G1 definida por los siguientes polinomios:

Numerador = [ 0 0 0 332.8 ];

Denominador = [ 0.1461 2.774 8.427 0 ];

diseñe un controlador PD que cumpla las siguientes especificaciones:

SO < 20

Ts (10-90%) < 0.1622

Problema 2

Para la planta G2 definida por los siguientes polinomios:

Numerador = [ 0 0 0 332.8 ];

Denominador = [ 0.1461 2.774 8.427 0 ];

diseñe un controlador PID que cumpla las siguientes especificaciones:

SO < 20

Ts (10-90%) < 0.1622

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Muchas gracias