MINI CURSO Mecatrónica Especialización Mecatrónica

Mini Curso: Controladores en Mecatrónica (Lazo Cerrado, PID, Microcontroladores, SBC, Interfases y PLCs)

Control On-Off/P/I/D/PID, Control Digital y Adaptable, Arquitectura y Programación de MCU/MPU, Arduino/ESP32/STM32 y Raspberry Pi, Interfases E/S y Buses Serie, y PLCs IEC 61131-3 (Ladder, IL, GRAFCET, Temporizadores y E/S Analógica)

El curso definitivo sobre arquitecturas de control en mecatrónica organizado en 5 grandes bloques: Controladores en Lazo Cerrado (modos de dos posiciones, P, I, D, PID, discretización por Tustin, índices IAE/ISE/ITAE, sintonización Ziegler-Nichols/Cohen-Coon, control de velocidad y control adaptable MRAC/STR), Microcontroladores y Microprocesadores (Von Neumann vs Harvard, RISC vs CISC, memorias, timers, C/C++ bare-metal, interrupciones NVIC, DMA, FSM y FreeRTOS), Plataformas Electrónicas (Arduino, ESP32, STM32, RP2040/PIO, Teensy y Raspberry Pi/Jetson/BeagleBone PRU), Sistemas de Entrada/Salida e Interfases (MMIO/PMIO, handshaking, PIA 8255, MCP23017, UART, SPI, I2C, RS-485, CAN, optoacopladores 24V, ULN2803/MOSFET/SSR y 4-20 mA) y Controladores Lógicos Programables PLC (ciclo Scan, Ladder, Lista de Instrucciones IL, enclavamiento, GRAFCET, TON/TOF/TP, CTU/CTD/HSC, registros de corrimiento, MCR, salto JMP/LBL, manejo de datos y escalado analógico NORM_X/SCALE_X).

Bloques del Programa Curricular

Parte 1 (Videos 01 y 02): Controladores en Lazo Cerrado — Modos On-Off, P, I, D, PID, Control Digital, Sintonización, Velocidad y Control Adaptable
Parte 2 (Videos 03 y 04): Microcontroladores y Microprocesadores — Arquitectura Interna, Memorias, Timers, C/C++ Bare-Metal, ISR, DMA y RTOS
Parte 3 (Videos 05 y 06): Plataformas Electrónicas — Arduino, ESP32, STM32, RP2040, Teensy y Raspberry Pi / Jetson / BeagleBone en Arquitectura Híbrida
Parte 4 (Videos 07 y 08): Sistemas de Entrada/Salida e Interfases — Direccionamiento MMIO/PMIO, PIA 8255, MCP23017, Buses Serie y Acoplamiento Industrial
Parte 5 (Videos 09 y 10): Controladores Lógicos Programables (PLC) — Ciclo Scan, Escalera, IL, Secuenciación, Temporizadores, Contadores, MCR y E/S Analógica

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CLASE EN VIDEO

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TEMARIO Y RECURSOS CLASE POR CLASE

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CLASE EN VIDEO Curso Completo Unificado

Video Único Completo: Mini Curso de Controladores en Mecatrónica (Voces Gemini es-419)

Edición continua unificada de principio a fin con todas las partes del Mini Curso de Controladores en Mecatrónica narrada con voces de Gemini en español latinoamericano (Orus y Aoede).

Apuntes Clave de la Clase:

Cobertura completa de Controladores en Lazo Cerrado (PID, Digital, Sintonización, Adaptable), MCU/MPU, Arduino/ESP32/STM32/Raspberry Pi, Interfases E/S y PLCs IEC 61131-3.
Diagramas específicos de arquitectura, lazos de control, buses de campo y lógica Ladder/GRAFCET.
Locución verificada al 100% en español latinoamericano neutro con voces de Gemini (Orus y Aoede).

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CLASE EN VIDEO Presentación General (<= 60 s)

Introducción al Curso: Controladores en Mecatrónica

Visión integral de las 5 partes del curso: desde las leyes de control en lazo cerrado PID, digital y adaptable hasta microcontroladores bare-metal, plataformas Arduino/Raspberry Pi, interfases E/S y PLCs industriales.

Apuntes Clave de la Clase:

Parte 1: Controladores en lazo cerrado (On-Off, P, I, D, PID), control digital, sintonización Ziegler-Nichols y control adaptable.
Parte 2 y Parte 3: Arquitectura y programación de microcontroladores, Arduino, ESP32, STM32, RP2040 y SBCs Raspberry Pi.
Parte 4: Sistemas de entrada/salida, direccionamiento MMIO/PMIO, PIA 8255, buses UART/SPI/I2C/RS-485/CAN y acoplamiento 24V.
Parte 5: Controladores Lógicos Programables (PLC), ciclo Scan, Escalera, Lista de Instrucciones, GRAFCET, temporizadores y E/S analógica.

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CLASE EN VIDEO Parte 1 · Controladores en Lazo Cerrado (Sección A)

Parte 1A: Controladores en Lazo Cerrado — Modos de Dos Posiciones, P, I, D y PID

Estudia la estructura de realimentación negativa, la diferencia entre procesos continuos y discretos, la terminología estándar (PV, SP, MV, Offset) y las leyes matemáticas de los modos On-Off, P, I, D y PID con Anti-Windup.

Apuntes Clave de la Clase:

Arquitectura en lazo cerrado e(t) = r(t) - y(t), procesos continuos vs. discretos y terminología PV, SP, MV y Banda Proporcional.
Modo de dos posiciones (On-Off) con zona muerta de histéresis frente a modo Proporcional (P) y el origen del error estacionario (Offset).
Acción Integral (Ti) para anular el Offset y acción Derivativa (Td) con filtro de primer orden para anticipar tendencias y amortiguar.
Controlador PID completo (formas estándar ISA y paralela) y esquemas Anti-Windup por retro-cálculo y limitación condicional (Clamping).

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CLASE EN VIDEO Parte 1 · Controladores en Lazo Cerrado (Sección B)

Parte 1B: Controladores Digitales, Desempeño, Sintonización, Control de Velocidad y Control Adaptable

Discretiza controladores continuos mediante Euler y Tustin, evalúa el desempeño con índices integrales (IAE, ISE, ITAE), aplica las reglas de sintonización de Ziegler-Nichols y Cohen-Coon e implementa control de velocidad y adaptable.

Apuntes Clave de la Clase:

Lazo de control digital (ADC, periodo Ts, retenedor ZOH), discretización bilineal de Tustin y algoritmo PID incremental sin saltos.
Métricas temporales (tr, tp, Mp, ts) e índices integrales de optimalidad IAE, ISE, ITAE e ITSE.
Sintonización experimental de Ziegler-Nichols (curva de reacción FOPDT y ganancia última Ku/Pu), Cohen-Coon y método IMC.
Control de velocidad con encoder (métodos M y T en cascada) y control adaptable: Gain Scheduling, MRAC y auto-sintonizable STR.

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CLASE EN VIDEO Parte 2 · Microcontroladores y Microprocesadores (Sección A)

Parte 2A: Microcontroladores y Microprocesadores — Arquitectura Interna y Fundamentos

Analiza las diferencias estructurales entre MCU y MPU, las arquitecturas Von Neumann vs. Harvard, procesadores RISC vs. CISC, la ALU/FPU, la jerarquía de memorias (Flash, SRAM, EEPROM), los registros SFR, el árbol de reloj y los Timers.

Apuntes Clave de la Clase:

Diferencias entre Microprocesador (MPU con MMU y RAM externa) y Microcontrolador (MCU SoC determinista con periféricos integrados).
Arquitectura Von Neumann (bus único) frente a Harvard (buses separados de instrucciones y datos) y repertorios RISC vs. CISC.
Jerarquía de memoria (Flash, SRAM con Stack/Heap, EEPROM), registros del núcleo (PC, SP, LR, PSR) y registros de periféricos SFR.
Árbol de reloj con PLL, temporizadores por hardware (Input Capture, Output Compare, PWM con Dead-Time) y Watchdog Timer (WDT).

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CLASE EN VIDEO Parte 2 · Microcontroladores y Microprocesadores (Sección B)

Parte 2B: Programación de Microcontroladores — Bare-Metal, Interrupciones, DMA, FSM y RTOS

Domina la programación embebida profesional en C/C++: compilación cruzada, máscaras de bits a nivel de registros, calificador volatile, rutinas de interrupción (ISR/NVIC), transferencias DMA, máquinas de estados y FreeRTOS.

Apuntes Clave de la Clase:

Toolchain de compilación cruzada, script de enlazado (.ld) y manipulación de registros con máscaras bit a bit (|=, &= ~, ^=).
Uso obligatorio de volatile y tipos <stdint.h> en registros mapeados en memoria y variables compartidas con interrupciones.
Controlador de interrupciones NVIC, latencia de ISR, secciones críticas atómicas y Acceso Directo a Memoria (DMA Ping-Pong).
Máquinas de estados finitos (FSM) no bloqueantes y planificación preemptiva en FreeRTOS con tareas, colas y mutex.

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CLASE EN VIDEO Parte 3 · Plataformas Electrónicas (Sección A)

Parte 3A: Plataformas Electrónicas — Arduino y Alternativas de Tiempo Real (ESP32, STM32, RP2040, Teensy)

Evalúa técnicamente el ecosistema Arduino (Uno R3/R4, Mega, Portenta/Opta) y compáralo con las plataformas de tiempo real líderes: ESP32-S3, STM32 Cortex-M, Raspberry Pi Pico (RP2040/RP2350 con PIO) y Teensy 4.1.

Apuntes Clave de la Clase:

Arquitectura Arduino (AVR 8-bit vs. Renesas Cortex-M4 en Uno R4 y gama industrial Portenta H7 / Finder Opta).
Espressif ESP32 / ESP32-S3: doble núcleo a 240 MHz, Wi-Fi/BLE y periféricos dedicados MCPWM y contador de pulsos PCNT.
Familia STM32 (Cortex-M0+/M4/M7 con STM32CubeMX HAL/LL) y Raspberry Pi Pico RP2040/RP2350 con máquinas de estado PIO.
Teensy 4.1 (Cortex-M7 a 600 MHz con FPU de 64 bits), sincronización PWM-ADC y entornos profesionales con PlatformIO y CMake.

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CLASE EN VIDEO Parte 3 · Plataformas Electrónicas (Sección B)

Parte 3B: Plataformas SBC — Raspberry Pi, Alternativas (Jetson, BeagleBone) y Configuraciones

Comprende la arquitectura de las Computadoras de Placa Única (SBC) con procesadores Cortex-A y MMU, la configuración de Raspberry Pi 4/5 en Linux embebido, las alternativas industriales (Jetson, BeagleBone PRU, RevPi) y el acoplamiento Maestro-Coprocesador.

Apuntes Clave de la Clase:

Diferencias entre SBC (Cortex-A con MMU y Linux multitarea) y MCU; mitigación de jitter con kernel PREEMPT_RT e isolcpus.
Raspberry Pi 4 y 5 (Cortex-A76, PCIe, chip I/O RP1) frente a NVIDIA Jetson Orin Nano (GPU IA), BeagleBone (PRU 200 MHz) y RevPi.
Configuración de Device Tree Overlays (config.txt), descriptor de carácter /dev/gpiochip (libgpiod/lgpio) y demonios systemd.
Arquitectura híbrida Maestro-Coprocesador: planificación y visión en Raspberry Pi + lazo PID duro a 10 kHz en microcontrolador.

Archivos en el .ZIP: firmware_controlador_video_06.inosimulacion_y_supervision_control_video_06.pyautomatizacion_plc_iec61131_video_06.stplano_01_protoboard_tinkercad.pngplano_02_pcb_fr4_arquitectura.png

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CLASE EN VIDEO Parte 4 · Sistemas de Entrada/Salida e Interfases (Sección A)

Parte 4A: Sistemas de Entrada/Salida, Interfases, Direccionamiento y Adaptadores para Periféricos

Estudia la anatomía interna de una interfase (registros de datos, estado y control), el direccionamiento MMIO frente a PMIO, los requerimientos de buffering y handshaking (STROBE/ACK) y los adaptadores periféricos PIA 8255, VIA 6522 y MCP23017.

Apuntes Clave de la Clase:

Funciones esenciales de una interfase: adaptación eléctrica, almacenamiento temporal (buffering), sincronización y aislamiento.
Direccionamiento de E/S Mapeada en Memoria (MMIO) vs. E/S Aislada por Puertos (PMIO) y transferencia por Polling, ISR y DMA.
Buffers Tri-Estado (High-Z), capacidad de corriente (Fan-Out) y protocolo de Handshaking por hardware (STROBE, BUSY y ACK).
Adaptadores programables clásicos PIA 8255 (Modos 0, 1 y 2) y VIA 6522 frente a expansores modernos MCP23017 y PCF8574.

Archivos en el .ZIP: firmware_controlador_video_07.inosimulacion_y_supervision_control_video_07.pyautomatizacion_plc_iec61131_video_07.stplano_01_protoboard_tinkercad.pngplano_02_pcb_fr4_arquitectura.png

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CLASE EN VIDEO Parte 4 · Sistemas de Entrada/Salida e Interfases (Sección B)

Parte 4B: Interfases para Comunicaciones en Serie y Ejemplos de Acoplamiento mediante Interfase

Domina las interfases serie síncronas y asíncronas (UART, RS-232, RS-422/485, SPI, I2C y CAN Bus) y dimensiona circuitos reales de acoplamiento: entradas de 24V optoacopladas, drivers Darlington ULN2803, MOSFETs, relés SSR y lazo 4-20 mA.

Apuntes Clave de la Clase:

Tramas asíncronas UART y estándares físicos RS-232 (±12V) frente a par diferencial RS-422 y RS-485 multipunto con terminación de 120 Ohm.
Buses síncronos SPI (4 modos CPOL/CPHA), I2C (drenador abierto con cálculo de pull-up) y CAN Bus diferencial con arbitraje por ID.
Acoplamiento de entrada industrial 24V DC (sensores PNP/NPN) hacia 3.3V con optoacoplador PC817/6N137, resistencia limitadora y TVS.
Acoplamiento de salida de potencia con ULN2803, MOSFET lógico + diodo flyback, relé de estado sólido SSR y lazo de corriente 4-20 mA.

Archivos en el .ZIP: firmware_controlador_video_08.inosimulacion_y_supervision_control_video_08.pyautomatizacion_plc_iec61131_video_08.stplano_01_protoboard_tinkercad.pngplano_02_pcb_fr4_arquitectura.png

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CLASE EN VIDEO Parte 5 · Controladores Lógicos Programables (Sección A)

Parte 5A: Controladores Lógicos Programables (PLC) — Estructura, Ciclo Scan, Escalera, IL, Enclavamiento y Secuenciación

Conoce la arquitectura interna del PLC, el cableado de entradas Sinking/Sourcing, el ciclo determinista Scan (tablas PII y PIQ), la programación en Escalera (Ladder), Lista de Instrucciones (IL/ST), el enclavamiento con marcas internas y GRAFCET.

Apuntes Clave de la Clase:

Estructura modular del PLC, entradas digitales Sinking/Sourcing y salidas a relé, transistor (24V DC) y triac (AC).
Procesamiento determinista del Ciclo Scan: lectura de imagen de entradas (PII), ejecución de lógica y actualización de salidas (PIQ).
Estándar IEC 61131-3: programación en Diagrama de Escalera (contactos NO/NC, bobinas, SET/RESET) y Lista de Instrucciones (LD, AND, OR, ST).
Circuitos de enclavamiento (marcha-paro prioritario), relevadores internos (marcas M) y secuenciación estructurada GRAFCET / SFC.

Archivos en el .ZIP: firmware_controlador_video_09.inosimulacion_y_supervision_control_video_09.pyautomatizacion_plc_iec61131_video_09.stplano_01_protoboard_tinkercad.pngplano_02_pcb_fr4_arquitectura.png

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CLASE EN VIDEO Parte 5 · Controladores Lógicos Programables (Sección B)

Parte 5B: Programación Avanzada de PLC — Temporizadores, Contadores, Registros, MCR, Salto, Datos y E/S Analógica

Programa bloques avanzados en PLC: temporizadores (TON, TOF, TP), contadores (CTU, CTD, HSC), registros de corrimiento (SHRB/BSL), control de relé maestro (MCR) y de salto (JMP/LBL), manejo de datos y escalado de E/S analógica (0-10V y 4-20 mA).

Apuntes Clave de la Clase:

Temporizadores IEC 61131-3 (TON, TOF, TP, TONR) y contadores ascendentes/descendentes (CTU, CTD, CTUD) y de alta velocidad (HSC).
Registros de corrimiento de bits (SHRB / BSL / BSR) para rastreo y descarte de piezas en líneas de transporte sincronizadas.
Controles de relé maestro (zonas MCR) y de salto condicional (JMP / LBL), transferencia MOV, comparadores y aritmética en coma flotante.
Módulos de E/S analógica (0-10V y 4-20 mA, 0..27648 cuentas) con normalización y escalado lineal NORM_X / SCALE_X a unidades físicas.

Archivos en el .ZIP: firmware_controlador_video_10.inosimulacion_y_supervision_control_video_10.pyautomatizacion_plc_iec61131_video_10.stplano_01_protoboard_tinkercad.pngplano_02_pcb_fr4_arquitectura.png

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CLASE EN VIDEO Síntesis Global (<= 60 s)

Resumen y Cierre del Curso: Controladores en Mecatrónica

Síntesis ejecutiva de las 5 partes del curso integrando control PID analógico/digital/adaptable, microcontroladores, plataformas Arduino/Raspberry Pi, interfases periféricas y PLCs industriales.

Apuntes Clave de la Clase:

Criterios de selección de arquitectura entre Microcontroladores bare-metal/RTOS, SBCs con Linux y PLCs industriales.
Dominio completo de algoritmos PID discretos, sintonización, acoplamiento eléctrico aislado de 24V y buses RS-485/CAN.
36 planos de ingeniería de alta visibilidad y 36 programas en C++, Python e IEC 61131-3 listos para implementación.
Ecosistema completo de cursos y video-clases disponible en la plataforma Mecatrónica.

Archivos en el .ZIP: firmware_controlador_video_11.inosimulacion_y_supervision_control_video_11.pyautomatizacion_plc_iec61131_video_11.stplano_01_protoboard_tinkercad.pngplano_02_pcb_fr4_arquitectura.png

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