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MECATRÓNICA
- Sinopsis
- Índice
Es una obra de Texto dirigida a estudiantes de las carreras de ingeniería mecatrónica, robótica, electrónica, sistemas, eléctrica, industrial, computación e informática, Ingeniería de Diseño y Automatización Electrónica. Proporciona un panorama interdisciplinario general y profundo en el campo de la Mecatrónica.
Los iconos colocados a lo largo del libro resaltan las referencias a los múltiples recursos en línea que incluyen videos explicativos y códigos de Matlab. Las competencias esperadas del alumno se detallan al inicio de cada capítulo y, establecen con claridad metas y expectativas de aprendizaje. Desarrolla una metodología original para coordinar las actividades técnicas asociadas con proyectos de ingeniería mecatrónica, sus puntos de control y elementos esenciales para asegurar la satisfacción del cliente (contenido WEB). Una metodología que ha probado ser efectiva para crear tecnología propia en proyectos académicos e industriales.
Plataforma de contenidos interactivos XXI
Página Web del libro XXII
Prólogo XXVII
Capítulo 1
Mecatrónica 1
1.1 Introducción 3
1.2 Origen de la mecatrónica 5
1.2.1 ¿ Qué es mecatrónica ? 9
Mecatrónica como área de investigación ( Recurso Web: archivos PDF) 11
1.2.2 Elementos fundamentales de la mecatrónica 12
1.3 Sistemas mecatrónicos 16
1.3.1 El automóvil como un sistema mecatrónico 19
1.3.2 Aparatos electrodomésticos como sistemas mecatrónicos 24
Aplicaciones de mecatrónica ( 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
Actuadores (Recurso Web: archivos PDF) 29
1.6 Sistemas de control 30
Aplicaciones de sistemas de control (Recurso Web: archivos PDF y vídeos) 32
Sistemas de control (Recurso Web: archivos PDF) 32
1.7 Sistemas neumáticos 32
Neumática (Recurso Web : archivos PDF) 33
1.8 Sistemas hidráulicos 34
Hidráulica (Recurso Web: archivos PDF) 34
1.9 Electrónica e informática 35
Electrónica e informática (Recurso Web: archivos PDF) 36
Aplicaciones de electrónica e informática (Recurso Web: archivos PDF y vídeos) 36
1.10 Resumen 37
1.11 Referencias selectas 38
1.12 Problemas propuestos 40
Capítulo 2
Matlab para mecatrónica 41
2.1 Introducción 43
2.2 Programación en MATLAB 44
2.2. Variables 45
2.2.2 Números 46
2.2.3 Operadores 49
2.2.4 Matrices 53
2.2.5 Arreglos 58
2.2.6 Funciones importantes para matrices y arreglos 61
2.2.7 Gráficas 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
Capítulo 3
Sensores y transductores 99
3.1 Introducción 101
3.1.1 Clasificación de sensores 103
3.1.2 Características de los sensores 104
3.2 Sensores de temperatura 106
3.2.1 Termistor 123
3.2.3 Dispositivo térmico resistivo 124
3.3 Sensores de posición 126
3.3.1 Resolvers 126
3.3.2 Potenciómetros 127
3.3.3 Encoders 129
3.3.4 Encoder Absoluto 132
3.3.5 Encoder magnético 133
3.4 Sensores de propósito 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
Capítulo 4
Actuadores eléctricos 147
4.1 Introducción 149
4.2 Funcionamiento básico de los motores eléctricos 150
4.3 Servomotores 155
4.3.1 Motor eléctrico 156
4.3.2 Servoamplificador 157
4.3.3 Modos de operación del servomotor 158
4.3.4 Servomotores de transmisión directa 160
4.3.5 Aspectos prácticos del servomotor de transmisión directa 166
4.3.6 Regiones de operación del servoamplificador 169
4.3.7 Diagrama a bloques de control para sistemas mecatrónicos 172
Transmisión directa (Recurso Web: archivos PDF) 175
Actuadores neumáticos e hidráulicos (Recurso Web: archivos PDF) 175
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 Terminología técnica 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
Capítulo 5
Instrumentación electrónica 195
5.1 Introducción 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 instrumentación 215
5.2.8 Filtro pasa bajas 217
Amplificadores operacionales (Recurso Web: archivo PDF) 218
5.3 Sistema Arduino para instrumentación electrónica 219
5.3.1 Modelos de tarjetas Arduino 220
5.3.2 Plataforma electrónica de las tarjetas Arduino 222
5.3.3 Entorno de desarrollo Arduino 228
5.3.4 Programación Arduino 234
5.3.5 Instrucciones condicionales 244
5.3.6 for( ; ; ){…} 246
5.3.7 Instrucción while (){…} 247
5.3.8 Instrucción do{…}while() 248
5.3.9 Funciones Arduino 248
5.4 Comunicación USB del sistema Arduino y MATLAB 255
5.4.1 Configuración en MATLAB 256
5.4.2 Configuración con Simulink 258
5.5 Resumen 262
5.6 Referencias selectas 263
5.7 Problemas propuestos 263
Capítulo 6
Dinámica 267
6.1 Introducción 269
6.2 Simulación del modelo dinámico con MATLAB 270
6.2.1 Sistema lineal escalar 270
6.2.2 Sistema lineal vectorial 273
6.2.3 Sistema dinámicos no lineales 276
6.3 Modelo dinámico de sistemas mecánicos 281
6.3.1 Cinemática 282
6.3.2 Cinemática diferencial 282
6.3.3 Modelo de energía 283
6.3.4 Ecuaciones de movimiento de Euler- Lagrange 283
6.3.5 Algoritmo para la obtención del modo dinámico 284
6.4 Sistema masa resorte amortiguador 285
6.4.1 Sistema masas resorte amortiguador vertical 290
Sistema masa resorte amortiguador ( Recurso Web: archivos PDF, Simuladores) 295
Simulación de sistemas mecánicos (Recurso Web: código fuente en PDF) 295
6.5 Centrífuga 296
6.6 Péndulo 302
6.7 Robot de 2 grados de libertad 309
Videos de péndulos 318
Diseño de sistemas mecatrónicas (Recurso Web: archivos PDF) 318
Videos de robots de transmisión directa 318
6.7.1 Moddelo dinámico de un robot manipulador de n gdl 319
6.8 Resumen 320
6.9 Referencia selectas 321
6.10 Problemas propuestos 321
Capítulo 7
Control clásico 325
7.1 Introducción 327
7.2 Funciones de transferencia 331
7.3 Diagrama de bloques 333
7.3.1 Sistema en lazo cerrado con retroalimentación unitaria 333
7.3.2 Sistema con bloque G1(s) en el lazo de retroalimentación 335
7.3.3 Sistema en configuración paralelo 337
7.3.4 Sistema en cascada o en serie 338
7.3.5 Programación MATLAB para diagramas de bloques 338
7.4 Polos y ceros 344
7.5 Gráficas de Bode 352
Ejemplos prácticos con Bode (Recurso Web: simuladores y código fuente PDF) 356
7.6 Gráficos de Nyquist 372
7.7 Interfaces gráficas 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
Capítulo 8
Análisis de sistemas con variables de estado 385
8.1 Introducción 387
8.2 Representación de sistemas en variables de estados 389
Laplace: teoría y práctica (Recurso Web: archivos PDF) 392
8.2.1 Forma general de variables fase 396
8.2.2 Variables canónicas del modelo de espacio de estados 396
8.2.3 Forma canónica diagonal 400
8.2.4 Representación de Jordan 401
8.3 Análisis en el dominio del tiempo 403
8.3.1 Caso escalar 404
8.3.2 Simulación MATLAB para sistemas lineales con entrada escalón 412
8.3.3 Simulación MATLAB para sistemas lineales con entrada rampa 420
8.3.4 Simulación MATLAB para sistemas lineales con entrada impulso 421
8.3.5 Sistemas de segundo orden 426
8.3.6 Respuesta a un escalón 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 Interconexión entre espacio de estados y funciones de transferencia 455
8.6 Resumen 466
8.7 Refencias selectas 467
8.8 Problemas propuestos 467
Capítulo 9
Sistemas discretos 471
9.1 Introducción 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
9.3.1 Funciones MATLAB para sistemas discretos 488
9.3.2 Versión recursiva del modelo de espacio de estados discreto 505
9.3.3 Conversión 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 Función de transferencia discreta G(z) 511
9.4.1 Relación entre las funciones de transferencia pulso G(q) y G(z) 512
9.4.2 Polos y ceros discretos 516
9.5 Métodos de aproximación de sistemas discretos 517
9.6 Resumen 520
9.7 Referencias selectas 521
9.8 Problemas propuestos 521
Capítulo 10
Control por variables de estado 525
10.1 Introducción 527
10.2 Control proporcional-derivativo PD 528
10.2.1 Aspectos prácticos y cualitativo del control PD 530
10.2.2 Sintonización de las ganancias 536
10.2.3 Control PD de un robot de 2 gdl 547
Simulación del regulador PD (Recurso Web: código fuente PDF) 555
Videos experimentales del PD 555
Herramientas de MATLAB pidtool (Recurso Web: código fuente PDF) 555
Simulación con servomecanismos (Recurso Web: código 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
Capítulo 11
MEMS (recurso : capítulo adicional) 573
11.1 Introducción
11.2 Principios de MEMS
11.3 Importancia de los MEMS
11.4 Microtransducción
11.5 Tecnologías de micromaquinado
11.6 BioMEMS
11.7 Motor Combo con MEMS
11.8 Resumen
11.9 Referencias Selectas
11.10 Problemas propuestos
Capítulo 12
Administración de proyectos (recurso : capítulo adicional ) 575
12.1 Trato al cliente
12.2 Métodos de diagnósticos tecnológico
12.3 Estimación de propuestas
12.4 Gestión del proyecto
12.5 Metodología de desarrollo
12.6 Técnicas de entrega y liberación
12.7 Servicio posventa
12.8 Resumen
12.9 Referencias Selectas
12.10 Problemas propuestos
Índice analítico 577
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