Guia Integrarfyh8eg erw fwccfdora de Actividades Sistemas Dinamicos - 243005 v3

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Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD - Vicerrectora Acadmica y de Investigacin - VIACI ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGA E INGENIERA. Ingeniera Electrnica. 243005 SISTEMAS DINMICOS

Gua Integrada de Actividades

Contexto de la estrategia de aprendizaje y descripcin del problema a desarrollar en el curso: Aprendizaje Basado en Problemas el cual se centra en el estudiante promoviendo que el aprendizaje sea significativo, desarrollando una serie de habilidades y competencias indispensables en el entorno profesional actual. El grupo colaborativo se ocupar en la bsqueda de la solucin a un problema planteado desencadenando el aprendizaje auto-dirigido, para ello se proponen las siguientes fases: 1. Fase 1: Anlisis, lluvia de ideas y listado de conceptos. Cada estudiante deber leer e identificar claramente lo que se quiere

lograr en la respectiva etapa del problema. Luego el grupo realizar una lluvia de ideas, de tal forma que se planteen algunas

hiptesis sobre cmo solucionar las situaciones planteadas en la etapa, basndose en conocimientos previos y el sentido comn.

Basados en esta discusin, los integrantes del grupo debern elaborar un listado de conceptos, trminos y/o aspectos que conocen y un listado de aquello que se desconoce de las situaciones planteadas en la etapa. Al finalizar esta fase, cada estudiante, de manera individual y a manera de diario, deber registrar los avances logrados en su proceso de aprendizaje; para ello dispone de la herramienta E-portafolio ubicada en el entorno de evaluacin y seguimiento del curso.

2. Fase 2: Propuesta metodolgica y obtencin de informacin. En esta fase el grupo deber definir la metodologa de para la

investigacin de acuerdo a lo alcanzado en la fase anterior. Una vez se tenga clara la metodologa, el grupo deber definir y

expresar de manera concreta lo que quiere resolver, producir o demostrar en la respectiva etapa del problema. Luego el grupo

proceder a localizar, organizar, analizar e interpretar la informacin de diversas fuentes.

Al finalizar esta fase, cada estudiante, de manera individual y a manera de diario, deber registrar los avances logrados en su proceso de aprendizaje; para ello dispone de la herramienta E-portafolio ubicada en el entorno de evaluacin y seguimiento del curso.

3. Fase 3: Diseo y ejecucin del plan de accin. En esta fase el grupo define y ejecuta el plan de accin para dar solucin a la respectiva etapa del problema, a partir de la informacin obtenida en la fase anterior y de los contenidos temticos del curso. Al finalizar esta fase, cada estudiante, de manera individual y a manera de diario, deber registrar los avances logrados en su proceso de aprendizaje; para ello dispone de la herramienta E-portafolio ubicada en el entorno de evaluacin y seguimiento del

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curso.

4. Fase 4: Presentacin de resultados. En esta fase, cuando el grupo ya ha resuelto el problema, se har una presentacin o reporte de los resultados obtenidos, y se incluirn recomendaciones, dificultades, inferencias y dems que se crea conveniente en relacin con la solucin de las situaciones planteadas en la respectiva etapa. Un integrante del grupo ser el responsable de enviar el informe con los resultados obtenidos a travs del medio que solicite el docente.

DESCRIPCIN DEL PROBLEMA: La compaa donde usted trabaja ha realizado la adquisicin de un nuevo equipo industrial que permitir incrementar los niveles de produccin de la empresa. Con el fin de prevenir fallas y proteger la alta inversin realizada en el nuevo equipo industrial, el presidente de la compaa ha ordenado la creacin de un sistema de monitoreo que permita supervisar el buen funcionamiento de la mquina y diagnosticar la existencia de alguna falla. Para el diseo del sistema de monitoreo y diagnstico de fallas se requiere conocer de forma precisa el modelo matemtico del equipo industrial; de esta manera se dice que la mquina est funcionando correctamente si la salida real es similar a la salida de su modelo matemtico; en caso contrario es posible que la mquina est presentando fallas. A continuacin se presenta un diagrama simplificado del nuevo equipo industrial, en el cual se tiene como variable de entrada el

voltaje aplicado () y como variable de salida la corriente en la bobina ():

La bobina posee una inductancia = 1H. La resistencia es no lineal por lo que su voltaje () depende de la raz cuadrada de la

corriente, esto es: () = (), donde = 10 V A . Usted y sus compaeros de grupo son designados para encontrar el modelo matemtico ms preciso posible que permita ms adelante disear el sistema de monitoreo y diagnstico de fallas.

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Para encontrar el modelo matemtico del proceso se ha dividido el problema en cuatro etapas: En la primera etapa se deber encontrar el modelo matemtico en el dominio del tiempo y analizar la controlabilidad y la

observabilidad del proceso. En la segunda etapa se deber encontrar el modelo matemtico en el dominio de la frecuencia y analizar el error en estado

estacionario y la estabilidad del proceso. En la tercera etapa se deber encontrar el modelo matemtico empleando tcnicas de identificacin. En la cuarta etapa se deber seleccionar el modelo matemtico ms preciso, esto es, cuya salida sea la ms cercana a la salida

del sistema real, con el fin de usar ms adelante este modelo en el diseo del sistema de monitoreo y diagnstico de fallas. Adems, se propone una actividad inicial que permita al estudiante identificar claramente los contenidos, propsitos y competencias a desarrollar en el periodo acadmico.

Temticas a desarrollar: Se revisarn los contenidos y las referencias dispuestas en el entorno de conocimiento para cada una de las unidades del curso.

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ACTIVIDAD INICIAL

Temticas a desarrollar: Estructura general del curso.

Nmero de semanas: 2 semanas

Fecha: 10 de Agosto al 21 de Agosto de 2015

Momento de evaluacin: Inicial

Entornos: Aprendizaje colaborativo - Evaluacin y seguimiento

Etapa del problema: Actividad inicial

Actividad individual Productos acadmicos y

ponderacin de la actividad individual

Actividad colaborativa* Productos acadmicos y

ponderacin de la actividad colaborativa

Cada estudiante leer el syllabus del curso y explorar la estructura del mismo.

No aplica para esta etapa.

El grupo colaborativo elaborar un mapa conceptual donde se identifiquen claramente los contenidos, propsitos y competencias a desarrollar en el

periodo acadmico.

Producto a entregar en la actividad inicial: Documento en formato .PDF, en donde se evidencie el desarrollo de la actividad inicial. A este archivo se le debe asignar un nombre que tenga la siguiente estructura: AI_NumerodelGrupo. Ejemplo AI_03.pdf. El documento deber contener: Portada Mapa conceptual Conclusiones Referencias bibliogrficas Espacio para subir el producto: Actividad tipo

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tarea identificada como "Actividad Inicial", ubicada en el entorno de evaluacin y seguimiento. All mismo se entregarn las respectivas calificaciones y realimentacin. Valoracin: 25 puntos

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ETAPA 1 MODELAMIENTO EN EL DOMINIO DEL TIEMPO

Temticas a desarrollar: Contenidos y referencias dispuestas en el entorno de conocimiento para la unidad 1 del curso.


Fecha: 24 de Agosto al 16 de Septiembre de 2015

Momento de evaluacin: Intermedio


Etapa del problema: Etapa 1





Participacin en cada una de las tres primeras fases descritas anteriormente en la estrategia de aprendizaje dentro del tema asignado en el foro (entorno de aprendizaje colaborativo) para esta etapa.

Participacin activa, coherente, permanente y pertinente en cada una de las tres primeras fases de la estrategia para la solucin a la etapa 1 del problema planteado. Valoracin: 46 puntos de acuerdo a la rbrica de evaluacin

En la primera etapa se deber encontrar el modelo matemtico en el dominio del tiempo y analizar la controlabilidad y la observabilidad del proceso. Las tareas a realizar en esta etapa son las siguientes: 1. Exprese el modelo

matemtico del sistema no lineal mediante una ecuacin diferencial.

2. Exprese el modelo matemtico del sistema no lineal en el espacio de estados mediante variables de estados.

3. Cuando la entrada del sistema es constante

Producto a entregar en la etapa 1: Documento en formato .PDF, en donde se evidencie el desarrollo de las tareas propuestas siguiendo las cuatro fases de la estrategia de aprendizaje basado en problemas. A este archivo se le debe asignar un nombre que tenga la siguiente estructura: E1_NumerodelGrupo. Ejemplo E1_03.pdf. El documento deber contener: Portada Introduccin Resumen del anlisis

realizado por el grupo acerca

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() = = 10V, el sistema se estabiliza en un punto de operacin () = = 1A. Exprese el modelo matemtico linealizado mediante una ecuacin diferencial.

4. Exprese el modelo matemtico linealizado en el espacio de estados mediante variables de estados.

5. Determine la controlabilidad y la observabilidad del sistema lineal.

Utilice MATLAB para simular el sistema no lineal y grafique la salida del sistema cuando se aplica una entrada constante

() = = 10V, durante los primeros 2 segundos y en ese momento se aplica una entrada escaln unitario, esto es, el voltaje de entrada cambia de 10V a 11V durante 3 segundos ms. De manera que la simulacin dura 5 segundos.

de las tareas de la etapa Listado de conceptos

conocidos Listado de conceptos

desconocidos Metodologa empleada para

la investigacin Resultado de las consultas e

informacin obtenida para dar solucin a las tareas de la etapa

Diseo del plan de accin para solucionar las tareas de la etapa

Solucin a las tareas de la etapa

Conclusiones Referencias bibliogrficas Espacio para subir el producto: Actividad tipo tarea identificada como "Etapa 1", ubicada en el entorno de evaluacin y seguimiento. All mismo se entregarn las respectivas calificaciones y realimentacin. Valoracin: 69 puntos de acuerdo a la rbrica de evaluacin.

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ETAPA 2 MODELAMIENTO EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA



Fecha: 21 de Septiembre al 14 de Octubre de 2015










En la segunda etapa se deber encontrar el modelo matemtico en el dominio de la frecuencia y analizar el error en estado estacionario y la estabilidad del proceso. Las tareas a realizar en esta etapa son las siguientes: 1. A partir de la ecuacin

diferencial lineal encontrada en la etapa 1, o suministrada por el docente (en caso de no cumplir con el objetivo inicial), exprese el modelo matemtico del sistema mediante una funcin de transferencia.

2. Represente el sistema lineal mediante un diagrama de



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bloques 3. Encuentre la funcin de

transferencia del sistema a partir de la reduccin del diagrama de bloques.

4. Determine el error en estado estacionario del sistema.

5. A partir de la ecuacin caracterstica determine la estabilidad del sistema.

Utilice MATLAB para simular el sistema lineal y grafique la salida del sistema cuando se aplica una entrada constante

() = = 5V, durante los primeros 2 segundos y en ese momento se aplica una entrada escaln unitario, esto es, el voltaje de entrada cambia de 5V a 6V durante 3 segundos ms. De manera que la simulacin dura 5 segundos.









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ETAPA 3 IDENTIFICACIN DE SISTEMAS DINMICOS



Fecha: 19 de Octubre al 12 de Noviembre de 2015










En la tercera etapa se deber encontrar el modelo matemtico empleando tcnicas de identificacin. Las tareas a realizar en esta etapa son las siguientes: 1. A partir de las mediciones de

entrada y salida del sistema realizadas cada 0.01segundos, durante 100segundos, utilice la herramienta ident incorporada en MATLAB para realizar el procesamiento requerido a las seales.

2. Determine el orden del modelo y encuentre el



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modelo ARX del sistema. 3. Determine el orden del

modelo y encuentre el modelo ARMAX del sistema.

4. Determine el orden del modelo y encuentre el modelo Output-Error del sistema.

5. Determine el orden del modelo y encuentre el modelo Box-Jenkins del sistema.

Utilice MATLAB para simular los cuatro sistemas identificados y grafique la salida de los mismos cuando se aplica una

entrada constante () = =5V, durante los primeros 2

segundos y en ese momento se aplica una entrada escaln unitario, esto es, el voltaje de entrada cambia de 5V a 6V durante 3 segundos ms. De manera que la simulacin dura 5 segundos.









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ETAPA 4 EVALUACIN FINAL

Nmero de semanas: 2 semana

Fecha: 16 de Noviembre al 29 de Noviembre de 2015

Momento de evaluacin: Final







Participacin dentro del tema asignado en el foro (entorno de aprendizaje colaborativo) para esta etapa.

No aplica para esta etapa.

En la cuarta etapa se deber seleccionar el modelo matemtico ms preciso, esto es, cuya salida sea la ms cercana a la salida del sistema real, con el fin de usar ms adelante este modelo en el diseo del sistema de monitoreo y diagnstico de fallas. Las tareas a realizar en esta etapa son las siguientes: 1. Utilice la ecuacin diferencial

no lineal encontrada en la etapa 1, la funcin de transferencia encontrada en la etapa 2 y los modelos ARX, ARMAX, Output-Error y Box-Jenkins identificados en la etapa 3. (En caso de no haber cumplido con estos

Producto a entregar en la etapa 4: Documento en formato .PDF, en donde se evidencie el desarrollo de las tareas propuestas. A este archivo se le debe asignar un nombre que tenga la siguiente estructura: E4_NumerodelGrupo. Ejemplo E4_03.pdf. El documento deber contener: Portada Introduccin Tabla con los modelos a

utilizar Resultado de la simulacin

de cada modelo ante la seal de entrada propuesta

Anlisis y seleccin del modelo matemtico

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objetivos el docente suministrar la informacin).

2. Utilice MATLAB para aplicar a los modelos indicados anteriormente una seal de entrada de prueba suministrada por el docente, y simule los diferentes sistemas.

3. Analice la respuestas obtenidas y compare la salida de cada modelo con la salida que se obtiene del proceso real ante la misma entrada, con el fin de validar y seleccionar el modelo ms preciso.

Realice un anlisis de cul modelo seleccionara su grupo para ser utilizado en el sistema de monitoreo y diagnstico de fallas. Tenga en cuenta el compromiso entre precisin del modelo frente a simplicidad del mismo.

Conclusiones Referencias bibliogrficas Espacio para subir el producto: Actividad tipo tarea identificada como "Etapa 4", ubicada en el entorno de evaluacin y seguimiento. All mismo se entregarn las respectivas calificaciones y realimentacin. Valoracin: 125 puntos de acuerdo a la rbrica de evaluacin

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*Lineamientos para el desarrollo del trabajo colaborativo

Planeacin de actividades para el desarrollo del trabajo colaborativo

Roles a desarrollar por el estudiante dentro del grupo colaborativo

Roles y responsabilidades para la produccin de entregables por los estudiantes

El trabajo colaborativo corresponde a un ejercicio activo en el que se construye conocimiento en equipo, basado en cimientos terico-prcticos y direccionado desde la creatividad y desarrollo cognoscitivo de cada integrante del grupo. Para que los objetivos de cada actividad sean materializados el grupo debe en cada etapa del trabajo: 1. Identificar los objetivos de la actividad en cuestin. 2. Apropiarse de los conocimientos tericos que le respalden la unidad. 3. Definir una estrategia acadmica de trabajo que les facilite la interaccin grupal. 4. Distribuirse funciones y roles que los incluya de manera equitativa en la construccin del trabajo. 5. Socializar y exponer sus puntos de vista de

Cada integrante del grupo colaborativo debe tener una funcin. Dichas acciones pueden ser definidas como "papeles" o "roles" a desempear o funciones y son asignadas individualmente a cada integrante del grupo. Los roles o papeles pueden adoptarse por diferentes integrantes durante cada actividad, es decir, tienen carcter rotativo en cada etapa del trabajo y son de libre eleccin por cada participante durante la dinmica del ejercicio. Dichos roles son:

a. Lder, facilita el trabajo del grupo, da direcciones, revisa las instrucciones, replantea las metas del grupo, seala lmites de tiempo y genera respuestas.

b. Editor, edita lo que el grupo ha escrito, verifica la calidad del contenido.

c. Motivador, observa y promueve la participacin de los miembros del grupo.

d. Integrador, quien resume la informacin

En la produccin de los entregables, pueden definirse responsabilidades especficas que se orienten a cumplir con los tiempos y requerimientos formales del producto a entregar, para lo cual se definirn roles puntuales como son Compilador: debe consolidar el documento que se constituye como el producto final del debate, teniendo en cuenta que se hayan incluido los aportes de todos los participantes y que slo se incluya a los participantes que intervinieron en el proceso. Una vez finalizada la estructuracin del informe comunica al lder para que realice la entrega al tutor. Revisor: Debe asegurar que el escrito cumpla con las normas de presentacin de trabajos exigidas por el docente, y comprobar que el documento est completo.

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manera activa y con respeto. 6. Construir de manera organizada y con la normatividad respectiva el documento que le d respuesta a la gua propuesta.

tratada de la manera ms completa que le sea posible.

e. Generador y Documentador, quien crea respuestas adicionales excediendo las respuestas o conclusin inicial del grupo y originando una variedad de respuestas posibles para elegir. Adems, es el responsable de hacer bsquedas que apoyen el logro de la tarea

Evaluador: Asegurar que el documento contenga los criterios presentes en la rbrica. Debe comunicar a la persona encargada de las alertas para que informe a los dems integrantes del equipo en caso que haya que realizar ajustes sobre el tema. Entregas: Alertar sobre los tiempos de entrega de los productos y enviar el documento en los tiempos estipulados, utilizando los recursos destinados para el envo, e indicar a los dems compaeros que se ha realizado la entrega. Alertas: Asegurar que se avise a los integrantes del grupo de las novedades en el trabajo e informar al docente mediante el foro de trabajo y la mensajera del curso, que se ha realizado el envo del documento.

Recomendaciones del docente: La actividad inicial permitir al estudiante explorar la estructura del curso, con el fin de que identifique los contenidos, propsitos y competencias a desarrollar en el periodo acadmico. El problema planteado se ha dividido en cuatro etapas, cada una de las cuales est compuesta de cuatro fases, a travs de las cuales el grupo colaborativo ir construyendo la solucin a la situacin propuesta. Cada etapa contar con un tema de discusin en el foro de trabajo colaborativo dispuesto en el entorno de aprendizaje colaborativo del curso; y dentro de cada tema de discusin se irn realizando los aportes de acuerdo con las fases que caracterizan el aprendizaje basado en problemas. Los estudiantes deben tener claridad de las fechas de inicio y cierre de cada etapa y de cada fase, de acuerdo a la agenda del curso, dispuesta en el entorno de informacin inicial. Al final de cada etapa, el grupo colaborativo entregar un producto con el desarrollo de las actividades propuestas, se har la respectiva realimentacin y calificacin de cada etapa y el grupo deber realizar los ajustes necesarios de acuerdo a lo realimentado. Las actividades

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realizadas en cada etapa servirn como insumos para la etapa siguiente, por lo que es importante encontrar una solucin adecuada. En caso de no solucionar adecuadamente las actividades de una etapa, el docente suministrar los insumos para la etapa siguiente. Durante las tres primeras etapas, cada estudiante deber registrar en el E-portafolio los avances obtenidos en su proceso de aprendizaje. Recuerde que el E-portafolio es una herramienta que le permite una comunicacin ms directa con el docente, para las revisiones del avance de los productos, la realimentacin, las dudas y observaciones del curso de manera individual. Esta herramienta la encontrarn en el entorno de Evaluacin y Seguimiento del curso. NOTA ACLARATORIA: Cabe resaltar que los productos finales de la actividad inicial y de cada etapa, debern ser colocados en el entorno de evaluacin y seguimiento del curso, mediante una actividad tipo tarea que se dispondr para cada caso. Slo all sern revisados y tenidos en cuenta para la realimentacin y calificacin. No se admiten productos finales subidos en los temas del foro de trabajo colaborativo o en entornos diferentes al mencionado. En el entorno de aprendizaje prctico del curso, el estudiante encontrar enlaces a pginas web y algunas herramientas con contenidos referentes a la temtica del curso, que le permitirn afianzar sus conocimientos y llevar con xito el proceso de aprendizaje con su grupo colaborativo. PESO EVALUATIVO: 500 puntos distribuidos en cada una de las etapas de la gua de actividades de la siguiente manera: 1. Actividad inicial: 25 puntos 2. Etapa 1 Modelamiento en el dominio del tiempo: 115 puntos

o Fase 1 Anlisis, lluvia de ideas y listado de conceptos: 8 puntos. o Fase 2 Propuesta metodolgica y obtencin de informacin: 14 puntos. o Fase 3 Diseo y ejecucin del plan de accin: 24 puntos. o Fase 4 Presentacin de resultados: 69 puntos.

3. Etapa 2 Modelamiento en el dominio de la frecuencia: 115 puntos o Fase 1 Anlisis, lluvia de ideas y listado de conceptos: 8 puntos. o Fase 2 Propuesta metodolgica y obtencin de informacin: 14 puntos. o Fase 3 Diseo y ejecucin del plan de accin: 24 puntos. o Fase 4 Presentacin de resultados: 69 puntos.

4. Etapa 3 Identificacin de sistemas dinmicos: 120 puntos o Fase 1 Anlisis, lluvia de ideas y listado de conceptos: 8 puntos.

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o Fase 2 Propuesta metodolgica y obtencin de informacin: 14 puntos. o Fase 3 Diseo y ejecucin del plan de accin: 24 puntos. o Fase 4 Presentacin de resultados: 74 puntos.

5. Etapa 4 Evaluacin final: 125 puntos

Normas Icontec NTC 1486 La presentacin de los archivos entregables debe regirse por las normas Icontec, las cuales pueden consultar en: http://www.colconectada.com/normas-icontec/

Polticas de plagio: Qu es el plagio para la UNAD? El plagio est definido por el diccionario de la Real Academia como la accin de "copiar en lo sustancial obras ajenas, dndolas como propias". Por tanto el plagio es una falta grave: es el equivalente en el mbito acadmico, al robo. Un estudiante que plagia no se toma su educacin en serio, y no respeta el trabajo intelectual ajeno. No existe plagio pequeo. Si un estudiante hace uso de cualquier porcin del trabajo de otra persona, y no documenta su fuente, est cometiendo un acto de plagio. Ahora, es evidente que todos contamos con las ideas de otros a la hora de presentar las nuestras, y que nuestro conocimiento se basa en el conocimiento de los dems. Pero cuando nos apoyamos en el trabajo de otros, la honestidad acadmica requiere que anunciemos explcitamente el hecho que estamos usando una fuente externa, ya sea por medio de una cita o por medio de un parfrasis anotado (estos trminos sern definidos ms adelante). Cuando hacemos una cita o una parfrasis, identificamos claramente nuestra fuente, no slo para dar reconocimiento a su autor, sino para que el lector pueda referirse al original si as lo desea. Existen circunstancias acadmicas en las cuales, excepcionalmente, no es aceptable citar o parafrasear el trabajo de otros. Por ejemplo, si un docente asigna a sus estudiantes una tarea en la cual se pide claramente que los estudiantes respondan utilizando sus ideas y palabras exclusivamente, en ese caso el estudiante no deber apelar a fuentes externas an, si stas estuvieran referenciadas adecuadamente. Para mayor informacin visitar el siguiente link: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/243005/06-Gestion/01-Politicas_de_plagio_en_la_UNAD.pdf

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