Control-Digital

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
SECRETARÍA ACADÉMICA 
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR 
 
PROGRAMA SINTÉTICO 
 
CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica 
 
ASIGNATURA: Control Digital. SEMESTRE: Octavo 
 
 
OBJETIVO GENERAL: 
 
El alumno diseñará controladores discretos del tipo convencional y no convencional utilizados en el control 
computarizado de procesos industriales, que involucren los principios básicos requeridos para el análisis y control 
de variables como: temperatura, flujo, presión y de los servomecanismos en general. 
 
CONTENIDO SINTÉTICO: 
 
 I. Introducción al Control Digital. 
 II. Análisis de los Sistemas Digitales en el Dominio de la Transformada Z. 
III. Análisis de Sistemas Digitales con la Técnica de la Variable de Estados. 
IV. Diseño de Controladores Digitales. 
 
METODOLOGÍA: 
 
Consulta en libros de texto de unidades o temas por parte del alumno y definidos por el profesor. Participación de 
los alumnos en la solución de problemas en clase y extra clase. Exposición por parte del profesor y los alumnos 
empleando: presentaciones en Power Point, acetatos, prototipos, rotafolios y foro. Realización de práctica de 
laboratorio. 
 
 
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: 
 
Se evaluará con tres exámenes departamentales, Primer examen unidad I, Segundo examen unidades II y III, 
Tercer examen unidad IV. La calificación de la teoría será el promedio de los tres exámenes departamentales con 
un valor de 70%, elaboración y entrega de un reporte por práctica de laboratorio efectuada y el promedio de las 
calificaciones obtenidas tendrá un valor del 20%. Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase 
con un valor del 10%. La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría, en el laboratorio, 
participaciones, tareas, trabajos y, actividades extra clase. 
 
BIBLIOGRAFÍA: 
 
Ogata, Katsuhiko. Sistemas Discretos Pearson. 4° edición USA 2004, 965 págs. ISBN: 0-13-060907-2 
 
Proakis John G. Manolakis Dimitris G. Tratamiento Digital de Señales, Editorial Prentice Hall, 3°edición, 976 págs. 
 
Soliman Samir S. y Srinath Mandyam T. Señales y Sistemas Continuos y Discretos, Editorial Prentice Hall, 2° 
edición, 542 págs. 
 
Verlag Springer. Digital Control Systems.- Volumen I y II, 2ª. edición, 460 págs. editorial Wiley 1989. 
 
Software de Apoyo: 
CC/System Technology, Inc./Veresión 4.0 
Mat Lab / Math Works Inc./Versión 4.0 
Mat Lab Tools Control Systems Analysis and Design 
 
 
 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
SECRETARÍA ACADÉMICA 
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR 
 
 
 
ESCUELA: ESIME Unidades Culhuacan y Zacatenco 
CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y 
Electrónica 
OPCIÓN: Control 
COORDINACIÓN: 
DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en 
Comunicaciones y Electrónica. 
 
 
ASIGNATURA: Control Digital. 
SEMESTRE: Octavo 
CLAVE: 
CRÉDITOS:7.5 
VIGENTE: 2006 
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico – Práctica- (Optativa). 
MODALIDAD: Escolarizada 
 
 
 
 
TIEMPOS ASIGNADOS 
 
 
 
HRS./SEMANA / TEORÍA: 3.0 
HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 1.5 
HRS./TOTALES / SEMANA: 4.5 
 
 
HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54.0 
HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 27.0 
 
 
HRS./TOTALES: 81.0 
 
 
 
 
 
 
 
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO 
POR: Academias de Control de la ESIME, Unidades 
Culhuacan y Zacatenco 
 
APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo 
Escolar de Culhuacan y Zacatenco. 
 
 
ing., Ernesto Mercado Escutia 
E.S.I.M.E. Culhuacan 
 
 
M. en C. Jesús Reyes García 
E.S.I.M.E. Zacatenco 
 
 
 
 
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de 
Estudio del Consejo General Consultivo del IPN. 
 
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SECRETARÍA ACADÉMICA 
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR 
 
 
ASIGNATURA: Control Digital. CLAVE HOJA: 2 DE 8 
 
 
 
 
 
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA 
 
 
 
 
Los sistemas presentes en la vida cotidiana, en gran parte son digitales por lo que es importante que el Ingeniero en 
Comunicaciones especialista en Control, debe dominar el análisis y diseño de tales sistemas. El presente curso 
abarca temas que proporcionan las bases necesarias para que el alumno pueda analizar, interpretar y desarrollar 
control de sistemas muestreados. 
Es importante que el alumno tenga presente que aun cuando se tiene en la realidad, sistemas analógicos éstos se 
digitalizan para manejarlos desde otra perspectiva en el área de control, lo que le permitirá el manejo y operación de los 
sistemas físicos para mejorar la respuesta de los mismos. 
 
Las asignaturas antecedentes son: Álgebra, Ecuaciones diferenciales, Cálculo diferencial e integral, Transformada de 
Laplace. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA 
 
 
 
 
El alumno diseñará controladores discretos del tipo convencional y no convencional utilizados en el control 
computarizado de procesos industriales, que involucren los principios básicos requeridos para el análisis y control de 
variables como: temperatura, flujo, presión y de los servomecanismos en general. 
 
 
 
 
 
 
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ASIGNATURA: Control Digital. CLAVE: HOJA: 3 DE 8 
 
 
No. UNIDAD I NOMBRE: Introducción al Control Digital. 
 
 
 
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD 
 
El alumno diferenciará los diversos tipos de control digital, analizará sus efectos y diseñará sistemas maestreados 
utilizados en el control de procesos industriales. 
 
 
 
 
HORAS 
 
No. 
TEMA 
 
T E M A S 
T P EC 
 
CLAVE BIBLIOGRÁFICA 
 
1.1 
 
1.2 
1.2.1 
1.2.2 
1.2.3 
1.3 
1.4 
1.4.1 
1.4.2 
1.4.3 
1.5 
1.5.1 
1.5.2 
 
Conceptos básicos y antecedentes históricos del 
control digital. 
Esquemas de control digital 
Control digital directo 
Control supervisorio 
Control jerárquico 
Conceptos de adquisición y distribución de datos. 
Teoría de muestreo y reconstrucción de señales. 
Teorema de muestreo 
Muestreadores 
Retenedores 
Convertidores A/D y D/A 
Diagrama a bloques de los convertidores. 
Errores de conversión. 
 
 
 Subtotal de Horas 
 
2.0 
 
3.0 
 
 
 
3.0 
3.0 
 
3.0 
 
 
 
 
 
 
14.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.0 
 
 
 
6.0 
 
 
3.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.0 
 
 
 
 
 
 
6.0 
 
 
IB, 5B y 2C 
 
 
 
ESTRATEGIA DIDÁCTICA 
 
Búsqueda de información en bibliografía sobre sistemas digitales, identificación y descripción de los elementos en 
dichos sistemas, realización de ejercicios y exposición de los temas propuestos en grupo y/o individual bajo la 
supervisión del profesor, realización de prácticas y tareas extraclase. 
 
 
 
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 
 
Primer examen departamental, Unidad I 70% 
Participación en clase, tareas y actividades extra clase 10% 
Prácticas del laboratorio 20% 
 
 
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ASIGNATURA: Control Digital CLAVE HOJA: 4 DE 8 
 
 
No. UNIDAD II NOMBRE: Análisis de los Sistemas Digitales en el Dominio de la Transformada Z. 
 
 
 
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD 
 
El alumno aplicará los diferentes métodos de solución a problemas de control digital en el dominio de la variable Z. 
 
 
 
HORAS 
 
No. 
TEMA 
 
T E M A S 
T P EC 
 
CLAVE BIBLIOGRÁFICA 
2.1 
2.2 
 
2.3 
 
2.4 
 
2.5 
 
2.5.1 
2.5.2 
2.5.3 
2.5.4 
2.6 
2.7 
 
2.8 
2.8.1 
2.8.2 
2.8.3 
2.9 
2.10 
Definición de la transformada Z. 
Evaluaciones de transformada Z de funciones 
elementales.. 
Correspondencia entre el plano S y el plano Z 
 
Propiedades y teoremas básicos en transformada Z. 
 
Técnicas de la transformada Z inversa. 
 
Método de las fracciones parciales.Método de la división 
Método de la integral de inversión. 
Método computacional. 
Análisis de la función de transferencia pulso. 
Métodos de la transformada Z para la solución de 
ecuaciones en diferencias. 
Análisis de la estabilidad para los sistemas digitales. 
Método de Jury. 
Método de Schur-Cohn. 
Método de Routh-Hurwitz. 
Diagramas a bloques de sistemas digitales. 
Gráficas de señales de flujo. 
Subtotal de Horas
 
2.0 
 
 
2.0 
 
 
 
3.0 
 
 
 
 
3.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10.0 
 
 
 
3.0 
 
 
 
4.5 
 
 
 
 
 
 
3.0 
 
 
 
 
 
 
 
10.5 
2.0 
 
 
 
 
 
 
2.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.0 
IB. 4C y 5B 
 
 
ESTRATEGIA DIDÁCTICA 
 
Interacción entre el profesor y el alumno a través de tareas, exposiciones, orientaciones y ayudas para la solución 
conjunta de ejercicios. Realización de prácticas. 
 
 
 
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 
 
Primer examen departamental, unidad I 70% 
Participación en clase, tareas y actividades extra clase 10% 
Prácticas del laboratorio 20% 
 
 
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ASIGNATURA: Control Digital CLAVE: HOJA: 5 DE 8 
 
 
No. UNIDAD III NOMBRE: Análisis de Sistemas Digitales con la Técnica de la variable de Estados. 
 
 
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD 
 
El alumno explicará el comportamiento de los sistemas digitales con la técnica de la variable de estados. 
 
 
 
 
HORAS 
 
No. 
TEMA 
 
T E M A S 
T P EC 
 
CLAVE BIBLIOGRÁFICA 
 
3.1 
 
3.2 
 
3.3 
 
3.4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Representación de sistemas de control digital en 
espacio de estados. 
Solución de ecuaciones de estado en tiempo 
discreto. 
Determinación de ecuación característica, los 
eigenvalores y eigenvectores. 
Métodos computacionales para la solución de la 
matriz de transición de estados. 
 
 
 
 
 
Subtotal de horas
 
 
3.0 
 
3.0 
 
3.0 
 
3.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
12.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.0 
 
 
3.0 
 
 
 
 
 
2.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.0 
 
IB y 3C 
 
ESTRATEGIA DIDÁCTICA 
 
 
Interacción entre el profesor y el alumno a través de tareas, exposiciones, orientaciones y ayudas para la solución 
conjunta de ejercicios. Simulación de sistemas digitales como prácticas de laboratorio, efectuando reporte y 
conclusiones en foro. 
 
 
 
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 
 
 
Realización del segundo examen departamental que abarca la unidad II y III, con un valor del 70% 
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%. 
Reporte de práctica de laboratorio con un valor del 20% 
 
 
 
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ASIGNATURA: Control Digital CLAVE: HOJA: 6 DE 8 
 
 
No. UNIDAD IV NOMBRE: Diseño de Controladores Digitales 
 
 
 
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD 
 
El alumno diseñará controladores discretos del tipo PID y realizará el ajuste de sus parámetros basados en criterios 
de estabilidad absoluta y relativa. 
 
 
 
HORAS 
 
No. 
TEMA 
 
T E M A S 
T P EC 
 
CLAVE BIBLIOGRÁFICA 
 
4.1 
 
4.2 
 
 
4.3 
 
 
4.4 
 
 
 
 
 
 
Introducción al controlador digital. 
 
Uso de la técnica de transformación bilineal para 
diseño de controladores digitales, 
 
Empleo de la técnica del lugar geométrico de las 
raíces para el diseño de controladores. 
 
Diseño del controlador PID digital. 
 
Subtotal de horas
 
 
3.0 
 
3.0 
 
 
6.0 
 
 
6.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
18.0 
 
 
 
3.0 
 
 
4.5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7.5 
 
 
2.0 
 
2.0 
 
 
6.0 
 
 
12.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
22.0 
 
IB y 5B 
 
ESTRATEGIA DIDÁCTICA 
 
 
Verificación de hipótesis y desarrollo de los temas aplicando estrategias tanto analíticas como de simulación digital 
en la resolución de los problemas, realización de prácticas de laboratorio y reporte. Diseño de un controlador digital. 
 
 
 
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 
 
Realización del tercer examen departamental que abarca la unidad IV, con un valor del 70% 
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%. 
Reporte de práctica de laboratorio con un valor del 20% 
 
 
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ASIGNATURA: Control Digital CLAVE: HOJA: 7 DE 8 
 
RELACIÓN DE PRÁCTICAS 
 
 
PRACT. 
No. 
 
NOMBRE DE LA PRÁCTICA 
 
UNIDAD 
 
DURACIÓN 
 
 
LUGAR DE REALIZACIÓN 
 1 
 
 
2 
 
 
3 
 
 
 
4 
 
 
 
5 
 
 
 
 
6 
 
 
 
 7 
 
 
 
8 
 
 
 
 
 
 
 
 Elaboración de un convertidor D/A 
con un amplificador operacional. 
 
Simulación por software de un 
convertidor A/D. 
 
Simulación por software de 
sistemas continuos 
 
 
Simulación por software de sistemas 
muestreados. 
 
 
Solución de ecuaciones de 
diferencia con la computadora 
empleando el método de la 
transformada Z. 
 
Simulación por software de una 
planta representada por su función 
de transferencia pulso. 
 
Uso de la computadora para 
resolver matrices de transición de 
estados. 
 
Elaboración de un controlador PID 
digital, haciendo uso de la 
computadora o de un 
microprocesador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Total de horas 
 
 
 I 
 
 
I 
 
 
II 
 
 
 
II 
 
 
 
II 
 
 
 
 
III 
 
 
 
IV 
 
 
 
IV 
 
 
3.0 
 
 
3.0 
 
 
3.0 
 
 
 
4.5 
 
 
 
3.0 
 
 
 
 
3.0 
 
 
 
3.0 
 
 
 
4.5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
27.0 
Todas las prácticas se 
realizarán en el 
laboratorio de control 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ASIGNATURA: Control Digital CLAVE: HOJA: 8 DE 8 
 
 
PERÍODO 
 
UNIDAD 
 
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 
 
1º 
 
 
2º 
 
 
3º 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
I 
 
 
II y III 
 
 
IV 
 
 Evaluación con tres exámenes departamentales el cual tendrá un valor del 
70%. 
 
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor 
del 10%. 
 
Cada alumno elaborará y entregará un reporte técnico por práctica de 
laboratorio efectuada, y el promedio de las calificaciones obtenidas tendrá 
un peso del 20%. 
 
La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría, en el 
laboratorio y; participaciones, tareas, trabajos, y actividades extra clase. 
Siempre y cuando, la teoría y el laboratorio sean aprobatorios. 
 
 
 
 
CLAVE 
 
1 
 
 
2 
 
 
3 
 
 
 
 
 
4 
 
 
 
5 
 
B 
 
X 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
X 
 
C 
 
 
 
 
X 
 
 
X 
 
 
 
 
 
X 
 
 
BIBLIOGRAFÍA 
 
Ogata Katsuhiko, Sistemas Discretos Pearson. 4° Edición USA 2004, 965 
pages. ISBN: 0-13-060907-2 
 
 
Verlag, Springer. Digital Control Systems.- Volumen I y II, 2ª. Edición, 460 
páginas, editorial Wiley 1989. 
 
Software de Apoyo: 
CC/System Technology, Inc./Veresión 4.0 
Mat Lab / Math Works Inc./Versión 4.0 
Mat Lab Tools Control Systems Analysis and Design 
 
Soliman, Samir S. y Srinath, Mandyam T. Señales y Sistemas Continuos y 
Discretos, Editorial Prentice Hall, segunda edición, 542 páginas 
 
 
Proakis, John G. Manolakis, Dimitris G. Tratamiento Digital de Señales, 
Editorial Prentice Hall, Tercera edición, 976 páginas 
 
 
 
 
 
 
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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR 
 
 
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 
 
1. DATOS GENERALES 
 
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidades Culhuacan y Zacatenco. 
 
CARRERA Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica. SEMESTRE Octavo 
 
 
ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM. 
 
ACADEMIA: ControlASIGNATURA: Control Digital. (Optativa, Opción Control) 
 
 
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: 
Licenciatura: Ingeniería en Comunicaciones y 
Electrónica, Ingeniería en Control y Automatización, 
Ingeniería Eléctrica o Ingeniero Mecánico Electricista. 
 
2. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA: 
 
 El alumno diseñará controladores discretos del tipo convencional y no convencional utilizados en el control 
computarizado de procesos industriales, que involucren los principios básicos requeridos para el análisis y 
control de variables como: temperatura, flujo, presión y de los servomecanismos en general. 
 
 
3. PERFIL DOCENTE: 
 
CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA 
PROFESIONAL 
HABILIDADES ACTITUDES 
Control Digital Directo 
Control Supervisorio 
Control Jerárquico 
Adquisición y 
Distribución de Datos 
Convertidores A/D y 
D/A 
Diseño de 
Controladores Digitales 
 
En la selección, aplicación, 
operación y diseño de 
sistemas de control 
muestreado o digital 
aplicado a la industria 
manufacturera, 
petroquímica, química o en 
el desarrollo de software. 
Comunicación 
Establecimiento de climas 
favorables al aprendizaje. 
Transferencia del conocimiento 
teórico a la solución de 
problemas. 
Análisis y síntesis. 
Para motivar al auto estudio, el 
razonamiento y la investigación. 
Manejo de grupos 
 
Critica fundamentada 
Respeto 
Tolerancia 
Compromiso con la 
docencia. 
Ética 
Responsabilidad 
Científica 
Colaboración 
Superación docente y 
profesional. 
Cooperativa 
Liderazgo. 
Compromiso social. 
 
 
 ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ 
 
 
________________________ _________________________ __________________________ 
Ing. Raúl De la Torre y García. Ing. Ruben Juarez Barrientos M en C Jesús Reyes García 
 M en C Eduardo Lázaro Castillo Ing. Guillermo Santillán Guevara Ing Ernesto Mercado Escutia. 
 Presidentes de Academia Control Subdirectores Académicos Directores 
 
 
FECHA: 2006