MECATRÓNICA

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1.1 Introduccion 3
1.2 Origen de la mecatronica 5
1.2.1 ¿Que es mecatronica? 9
Mecatronica como area de investigacion (Recurso Web: archivos PDF) 11
1.2.2 Elementos fundamentales de la mecatr´onica 12
1.3 Sistemas mecatronicos 16
1.3.1 El automovil como un sistema mecatronico 19
1.3.2 Aparatos electrodomesticos como sistemas mecatronicos 24
Aplicaciones de mecatronica (Recurso Web: archivos PDF) 25
1.4 Sensores y transductores 26
Sensores y transductores (Recurso Web: archivos PDF) 28
Aplicaciones de sensores y transductores (Recurso Web: archivos PDF) 28
1.5 Actuadores 29
x Contenido
Actuadores (Recurso Web: archivos PDF) 29
1.6 Sistemas de control 30
Aplicaciones de sistemas de control (Recurso Web: archivos PDF y videos) 32
Sistemas de control (Recurso Web: archivos PDF) 32
1.7 Sistemas neum´aticos 32
Neumatica (Recurso Web: archivos PDF) 33
1.8 Sistemas hidraulicos 34
Hidraulica (Recurso Web: archivos PDF) 34
1.9 Electronica e informatica 35
Electr´onica e informatica (Recurso Web: archivos PDF) 36
Aplicaciones de electronica e informatica (Recurso Web: archivos PDF y videos) 36
1.10 Resumen 37
1.11 Referencias selectas 38
1.12 Problemas propuestos 40
Capıtulo 2
Matlab para mecatronica 41
2.1 Introduccion 43
2.2 Programaci´on en MATLAB 44
2.2.1 Variables 45
2.2.2 Numeros 46
2.2.3 Operadores 49
2.2.4 Matrices 53
2.2.5 Arreglos 58
Contenido xi
2.2.6 Funciones importantes para matrices y arreglos 61
2.2.7 Graficas 62
2.2.8 Funciones 68
2.2.9 Funciones archivo 69
2.2.10 Instrucciones de control de flujo 74
2.2.11 Instrucciones condicionales 84
Simulink (Recurso Web: archivos PDF) 95
Guide (Recurso Web: archivos PDF) 95
2.3 Resumen 95
2.4 Referencias selectas 96
2.5 Problemas propuestos 97
Capıtulo 3
Sensores y transductores 99
3.1 Introduccion 101
3.1.1 Clasificacion de sensores 103
3.1.2 Caracterısticas de los sensores 104
3.2 Sensores de temperatura 106
3.2.1 Termopares 106
Arduino (Recurso Web: archivos PDF) 116
Electronica en arquitectura abierta (Recurso Web: archivos PDF) 122
3.2.2 Termistor 123
3.2.3 Dispositivo termico resistivo 124
3.3 Sensores de posicion 126
3.3.1 Resolvers 126
xii Contenido
3.3.2 Potenciometros 127
3.3.3 Encoders 129
3.3.4 Encoder Absoluto 132
3.3.5 Encoder magnetico 133
3.4 Sensores de proposito general 134
3.4.1 Sensores de fuerza/par 134
3.4.2 Sensores generales 137
3.5 Resumen 141
3.6 Referencias selectas 143
3.7 Problemas propuestos 144
Capıtulo 4
Actuadores electricos 147
4.1 Introduccion 149
4.2 Funcionamiento basico de los motores electricos 150
4.3 Servomotores 155
4.3.1 Motor electrico 156
4.3.2 Servoamplificador 157
4.3.3 Modos de operacion del servomotor 158
4.3.4 Servomotores de transmision directa 160
4.3.5 Aspectos practicos del servomotor de transmision directa 166
4.3.6 Regiones de operaci´on del servoamplificador 169
4.3.7 Diagrama a bloques de control para sistemas mecatronicos 172
Transmisi´on directa (Recurso Web: archivos PDF) 175
Actuadores neum´aticos e hidraulicos (Recurso Web: archivos PDF) 175
Contenido xiii
4.4 Motores a pasos 177
4.4.1 Motores a pasos unipolares 181
4.4.2 Motores a pasos bipolares 187
4.4.3 Terminologıa tecnica de motores a pasos 189
Control de un motor a pasos bipolar (Recurso Web: archivos PDF) 189
Arduino para control de motores a pasos (Recurso Web: archivos PDF) 189
4.5 Resumen 190
4.6 Referencias selectas 191
4.7 Problemas propuestos 192
Cap´ıtulo 5
Instrumentacion electronica 195
5.1 Introduccion 197
5.2 Amplificadores operacionales 199
5.2.1 Amplificador inversor 202
5.2.2 Amplificador sumador inversor 208
5.2.3 Amplificador no inversor 210
5.2.4 Integrador 211
5.2.5 Diferenciador 213
5.2.6 Amplificador diferencial 214
5.2.7 Amplificador de instrumentaci´on 215
5.2.8 Filtro pasa bajas 217
Amplificadores operacionales (Recurso Web: archivos PDF) 218
5.3 Sistema Arduino para instrumentaci´on electronica 219
5.3.1 Modelos de tarjetas Arduino 220
xiv Contenido
5.3.2 Plataforma electronica de las tarjetas Arduino 222
5.3.3 Entorno de desarrollo Arduino 228
5.3.4 Programacion Arduino 234
5.3.5 Instrucciones condicionales 244
5.3.6 for( ; ; ){…} 246
5.3.7 Instruccion while(){…} 247
5.3.8 Instruccion do{…}while() 248
5.3.9 Funciones Arduino 248
5.4 Comunicacion USB del sistema Arduino y MATLAB 255
5.4.1 Configuracion en MATLAB 256
5.4.2 Configuracion con Simulink 258
5.5 Resumen 262
5.6 Referencias selectas 263
5.7 Problemas propuestos 263
Capıtulo 6
Dinamica 267
6.1 Introduccion 269
6.2 Simulacion del modelo dinamico con MATLAB 270
6.2.1 Sistema lineal escalar 270
6.2.2 Sistema lineal vectorial 273
6.2.3 Sistemas dinamicos no lineales 276
6.3 Modelo dinamico de sistemas mec´anicos 281
6.3.1 Cinematica 282
6.3.2 Cinematica diferencial 282
Contenido xv
6.3.3 Modelo de energıa 283
6.3.4 Ecuaciones de movimiento de Euler-Lagrange 283
6.3.5 Algoritmo para la obtencion del modelo dinamico 284
6.4 Sistema masa resorte amortiguador 285
6.4.1 Sistema masa resorte amortiguador vertical 290
Sistema masa resorte amortiguador (Recurso Web: archivos PDF, Simuladores) 295
Simulacion de sistemas mec´anicos (Recurso Web: c´odigo fuente en PDF) 295
6.5 Centrıfuga 296
6.6 P´endulo 302
6.7 Robot de 2 grados de libertad 309
Videos de pendulos 318
Diseño de sistemas mecatronicos (Recurso Web: archivos PDF) 318
Videos de robots de transmisi´on directa 318
6.7.1 Modelo din´amico de un robot manipulador de n gdl 319
6.8 Resumen 320
6.9 Referencias selectas 321
6.10 Problemas propuestos 321
Capıtulo 7
Control clasico 325
7.1 Introduccion 327
7.2 Funciones de transferencia 331
7.3 Diagrama de bloques 333
7.3.1 Sistema en lazo cerrado con retroalimentacion unitaria 333
xvi Contenido
7.3.2 Sistema con bloque G1(s) en el lazo de retroalimentacion 335
7.3.3 Sistema en configuracion paralelo 337
7.3.4 Sistema en cascada o en serie 338
7.3.5 Programacion MATLAB para diagramas de bloques 338
7.4 Polos y ceros 344
7.5 Graficas de Bode 352
Ejemplos pr´acticos con Bode (Recurso Web: simuladores y codigo fuente PDF) 356
7.6 Graficas de Nyquist 372
7.7 Interfaces graficas de usuario para sistemas lineales 375
7.7.1 LTI Viewer 375
7.7.2 Sisotool 377
7.8 Resumen 378
7.9 Referencias selectas 380
7.10 Problemas propuestos 380
Cap´ıtulo 8
An´alisis de sistemas con variables de estado 385
8.1 Introduccion 387
8.2 Representacion de sistemas en variables de estados 389
Laplace: teorıa y practica (Recurso Web: archivos PDF) 392
8.2.1 Forma general de variables fase 396
8.2.2 Variables canonicas del modelo de espacio de estados 396
8.2.3 Forma canonica diagonal 400
8.2.4 Representacion de Jordan 401
Contenido xvii
8.3 Analisis en el dominio del tiempo 403
8.3.1 Caso escalar 404
8.3.2 Simulacion MATLAB para sistemas lineales con entrada escalon 412
8.3.3 Simulacion MATLAB para sistemas lineales con entrada rampa 420
8.3.4 Simulacion MATLAB para sistemas lineales con entrada impulso 421
8.3.5 Sistemas de segundo orden 426
8.3.6 Respuesta a un escal´on 426
8.3.7 Especificaciones de la respuesta temporal 431
8.4 Controlabilidad y observabilidad 437
8.4.1 Controlabilidad 438
8.4.2 Observabilidad 444
8.5 Funciones MATLAB para espacio de estados 448
8.5.1 Interconexion entre espacio de estados y funciones de transferencia 455
8.6 Resumen 466
8.7 Referencias selectas 467
8.8 Problemas propuestos 467
Cap´ıtulo 9
Sistemas discretos 471
9.1 Introduccion 473
9.2 Sistemas discretos 474
9.2.1 Muestreo 475
9.2.2 Retenedor y muestreador de orden cero 476
9.3 Modelo de espacio de estados en tiempo discreto 484
xviii Contenido
9.3.1 Funciones MATLAB para sistemas discretos 488
9.3.2 Versi´on recursiva del modelo de espacio de estados discreto 505
9.3.3 Conversion de sistemas discretos a sistemas continuos 506
9.3.4 Observabilidad 506
9.3.5 Controlabilidad 507
9.3.6 Transformada Z 509
Ejemplos con transformada Z (Recurso Web: archivos PDF) 510
9.4 Funcion de transferencia discreta G(z) 511
9.4.1 Relacion entre las funciones de transferencia pulso G(q) y G(z) 512
9.4.2 Polos y ceros discretos 516
9.5 Metodos de aproximaci´on de sistemas discretos 517
9.6 Resumen 520
9.7 Referencias selectas 521
9.8 Problemas propuestos 521
Cap´ıtulo 10
Control por variables de estado 525
10.1 Introduccion 527
10.2 Control proporcional-derivativo PD 528
10.2.1 Aspectos practicos y cualitativo del control PD 530
10.2.2 Sintonizacion de las ganancias 536
10.2.3 Control PD de un robot de 2 gdl 547
Simulaci´on del regulador PD (Recurso Web: codigo fuente PDF) 555
Videos experimentales del PD 555
Herramienta de MATLAB pidtool (Recurso Web: codigo fuente PDF) 555
Contenido xix
Simulacion con servomecanismos (Recurso Web: codigo fuente PDF) 555
10.3 Control proporcional integral derivativo PID 556
10.3.1 Control PID de un robot de 2 gdl 558
10.4 Control punto a punto 563
10.5 Resumen 570
10.6 Referencias selectas 571
10.7 Problemas propuestos 571
Cap´ıtulo 11
MEMS (recurso : capıtulo adicional) 573
11.1 Introducci´on
11.2 Principios de MEMS
11.3 Importancia de los MEMS
11.4 Microtransduccion
11.5 Tecnologıas de micromaquinado
11.6 BioMEMS
11.7 Motor Combo con MEMS
11.8 Resumen
11.9 Referencias Selectas
11.10 Problemas propuestos
xx Contenido
Cap´ıtulo 12
Administracion de proyectos (recurso : capıtulo adicional) 575
12.1 Trato al cliente
12.2 Metodos de diagnostico tecnologico
12.3 Estimacion de propuestas
12.4 Gestion del proyecto
12.5 Metodologıa de desarrollo
12.6 Tecnicas de entrega y liberacion
12.7 Servicio posventa
12.8 Resumen
12.9 Referencias Selectas
12.10 Problemas propuestos

Esta titulación incluirá el nombre del curso, la duración del mismo, el nombre y DNI del alumno, el nivel de aprovechamiento que acredita que el alumno superó las pruebas propuestas, las firmas del profesor y Director del centro.

Entre el material entregado en este curso se adjunta un documento llamado Guía del Alumno dónde aparece un horario de tutorías  y una dirección de e-mail donde podrá enviar sus consultas, dudas y ejercicios.

Los materiales son de tipo monográfico, de sencilla lectura y de carácter eminentemente práctico.

La metodología a seguir se basa en leer el manual teórico, a la vez que se responden las distintas cuestiones que se adjuntan al final de cada bloque temático.

Para su evaluación, el alumno/a deberá hacernos llegar, el "Cuaderno de Ejercicios" que se adjunta.

La titulación será remitida al alumno/a por correo, una vez se haya comprobado el nivel de satisfacción previsto (75% del total de las respuestas).