Introducción al análisis de sistemas de control con MATLAB

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Introduction

**Course Review: Introducción al análisis de sistemas de control con MATLAB** **Overview** "Introducción al análisis de sistemas de control con MATLAB" is an engaging online course on Coursera that brings the intricate world of control systems to life. Control systems are fundamental to numerous everyday applications, from the water flow in your shower to the precision steering in your vehicle, they help maintain desired performance through measurement, comparison, and adjustment. This course demystifies these processes, using mathematical models to analyze dynamic systems, thus laying a solid foundation for understanding and designing automatic control systems. The course provides an excellent opportunity for students, engineers, and anyone interested in understanding how control systems function and are implemented using MATLAB. Offering a mix of theoretical knowledge and hands-on application, the course ensures that learners not only grasp the importance of control systems but also become adept in practical implementation. **Syllabus Breakdown** 1. **Señales, Sistemas y Modelos**: The course kicks off with an introduction to signals and systems. Utilizing MATLAB/Simulink, students learn to identify and interpret the essential concepts of dynamic system modeling. This foundation sets the stage for more complex ideas by helping students visualize how differential equations relate to system performance. 2. **Respuesta transitaria, estabilidad y error**: The second module dives into transient response, stability, and steady-state error. Here, learners see how to analyze systems through both temporal and frequency domains, gaining insights into non-linear systems with MATLAB's Control Systems Designer. This part of the course is critical as it introduces analytical tools that are pivotal in real-world applications. 3. **Controlador de tres términos PID**: In this module, the course describes the PID (Proportional, Integral, Derivative) controller—an essential component in control system design. Using practical examples and hands-on exercises, students learn to construct a PID controller and tackle common implementation challenges. This module is richly populated with scenarios where the PID algorithm can be applied, bridging theoretical knowledge and practice. 4. **Diseño de controladores basados en retroalimentación de estado**: The final module introduces state feedback control strategies, stressing the conditions necessary for system controllability. Students will grasp how to place system poles in closed-loop configurations to meet specific performance criteria using the Ackerman formula. The use of a pendulum on a moving cart for integration exercises offers an excellent application of the principles learned. **Recommendation** I highly recommend "Introducción al análisis de sistemas de control con MATLAB" for anyone interested in control system analysis and design. The course stands out thanks to its careful design and clear structure, combining theoretical foundations with essential practical experience. It’s perfect for students seeking to deepen their understanding of control systems or professionals aiming to enhance their skills in systems analysis. The course's use of MATLAB/Simulink equates theory with practice, ensuring that students develop not only an understanding of the principles behind control systems but also the ability to implement them in real-world scenarios. Whether you are a graduate engineering student, an industry professional, or simply someone curious about control systems, this course will provide valuable insights and skills. For a transformative learning experience in control systems combined with robust MATLAB training, enrolling in this course is a decision you won’t regret!

Syllabus

Señales, Sistemas y Modelos

En este primer módulo, los estudiantes utilizarán las herramientas que provee MATLAB/Simulink para identificar los conceptos de señales y sistemas. Para ello, se identificarán e interpretarán en primera instancia los conceptos de señales y sistemas, y cómo estos se integran en un modelo que representará dicho sistema dinámico. Luego, se buscará interpretar el sentido del modelo obtenido por medio de ecuaciones diferenciales, lo cual llevará al estudiante a obtener una nueva interpretación del modelo bajo ciertas suposiciones que facilitará la manipulación de señales y sistemas.

En este segundo módulo, los estudiantes se enfrentarán a conceptos de análisis como lo son la respuesta transitoria, la estabilidad y el error en estado estacionario. Para ello, en primera instancia se verá cómo las relaciones de modelamiento entre el dominio frecuencial y el temporal se pueden logar, con el fin de utilizar sus respectivas herramientas analíticas. Luego, los estudiantes identificarán cómo analizar un sistema no lineal por medio de un herramienta de Matlab conocida como Control Systems Designer. Finalmente, los conceptos de análisis de sistemas dinámicos lineales e invariantes en el tiempo se presentarán, y todo esto siempre con las ayudas que proveen las herramientas de Matlab/Simulink®.

En este tercer módulo, los estudiantes utilizarán las herramientas que provee Matlab/Simulink® para construir la primera estrategia de control denominada PID. Las siglas corresponden a la parte proporcional, integral y derivativa del error de seguimiento en estado estacionario (aunque habrá una serie de variantes como se verá a lo largo del módulo). Esta síntesis, permitirá construir un algoritmo que cumpla ciertas características de desempeño asociadas a la respuesta transitoria del sistema. Múltiples problemas emergen en la implementación de estos controladores, de los cuales se hace énfasis en algunos y de paso cómo deberían solucionarse. Finalmente, se presentará una aplicación del algoritmo estudiado en un ejercicio que busca integrar los conceptos vistos hasta el momento.

En este cuarto módulo, los estudiantes utilizarán las herramientas que provee Matlab/Simulink® para construir una estrategia de control basada en el dominio del tiempo. Los controladores basados en retroalimentación de estado son válidos siempre y cuando el sistema sea controlable, por lo cual se arranca por entender este concepto. Una vez se haya verificado dicha condición, se procede a ubicar los polos del sistema en lazo cerrado de acuerdo a las características deseadas. Como los sistemas que se estudian son de una entrada y una salida, se podrá aplicar la fórmula de Ackerman para este diseño. Finalmente, un ejercicio integrador aplicará los conceptos vistos en un péndulo invertido sobre un carro que se desplaza.