Departamento de Electrónica Industrial da EEUM

No final desta disciplina, os aluno/as devem ter construído e compreendido os conceitos a seguir enumerados. Bem como serem capazes de resolver problemas de índole teórico-prática sobre os mesmos e realizar a sua aplicação a casos concretos.

A. Noções básicas e engenharia de controlo:

Conceitos:

1. Problema de controlo; estratégias de solução do problema de controlo; princípio da antecipação; princípio da realimentação, realimentação negativa e positiva, ciclo aberto e ciclo fechado; classificação dos problemas de controlo em regulação e servocomando.

2. Exemplos históricos de sistemas de controlo; o papel da Electrónica na evolução dos sistemas de controlo; variáveis e dispositivos de um sistema de controlo. Forma moderna de um sistema de controlo

3. Princípios, formulação matemática, implementação, vantagens e limitações das leis de controlo básicas (‘On-Off’e proporcional).

Aplicação:

4. Identificar e compreender a estrutura e funcionamento de exemplos de sistemas de controlo, em termos dos conceitos acima e representá-la por diagramas de blocos.

5. Aplicar as leis de controlo ‘On-Off’ e proporcional em sistemas de controlo simples, envolvendo sistemas a controlar de primeira e segunda ordem.

B. Modelização, representação e dinâmica de sistemas

Modelos e dinâmica de ordem n.

1. Sistemas com vários pólos e zeros.

2. Resposta impulsional. Expansão em fracções parciais. Noção de modos.

3. Resposta total a entradas lineares. Modos próprios e modos da entrada. Regimes transitório e permanente.

4. Aproximação dos pólos dominantes

5. Estabilidade. Classificação dos sistemas lineares quanto à estabilidade. Critério fundamental de estabilidade para sistemas lineares. Método de Routh-Hurwitz..

Aplicação:

6. Modelizar sistemas dinâmicos de ordem superior 2. Obter as suas funções de transferência e identificar pólos e zeros. Representar um sistema por blocos para programas de simulação.

7. Identificar modos em respostas de sistemas. Caracterizar qualitativamente o comportamento de sistemas, dados os seus pólos e zeros, em termos de estabilidade, oscilação e duração do regime transitório.

C. Análise de sistemas realimentados em regime linear

Erro em regime permanente.

8. - Redução do diagrama de blocos de um sistema realimentado a uma forma própria para análise. Teorema do limite final. Tipos e ganhos de sistema. Expressão geral do erro de um sistema realimentado para sistemas com entrada de referência e uma perturbação;

9. - Casos particulares de combinações de tipos.

Aplicação:

10. - Calcular erros em regime permanente. Calcular ganhos para que um erro mínimo seja obtido. Relacionar a existência de integradores puros com valores de erro em regime permanente.

Estabilidade e resposta dinâmica.

11. Análise pelo método do lugar de raízes. Redução do diagrama de blocos de um sistema realimentado a uma forma própria para análise. Ideia do método. Condições do módulo e do argumento. Regras de construção do lugar. Análise de casos concretos.

Aplicação:

12. Estabelecer o lugar de raízes a partir de uma função de transferência. Caracterizar as relações entre comportamento do sistema e parâmetros do sistema, a partir do lugar de raízes;

D. Leis de controlo e projecto de sistemas de controlo

Lei de controlo proporcional

13. Exemplos de aplicação a sistemas de segunda ordem e superior. Possíveis limitações: erro em regime permanente, saturação dos actuadores, instabilidade.

Aplicação:

14. Utilização de controlo proporcional em sistemas de segunda ordem e superior. Estabelecer o valor de ganho para obtenção de características do sistema de controlo como estabilidade, tempo de pico ou sobreelongação percentual.

Lei de controlo proporcional-integral

15. Expressão no domínio dos tempos, função de transferência, diagrama zero-polar. Implementação electrónica. Respostas de diferentes tipos de sistemas com controlo proporcional-integral. Vantagens e limitações.

Aplicação:

16. Utilização de controlo proporcional-integral. Exemplos de análise e de parametrização.

Acção derivativa

17. Expressão no domínio dos tempos, função de transferência, diagrama zero-polar. Implementação electrónica. Diferentes formas de usar a acção derivativa: controlo proporcional-derivativo, proporcional-integral-derivativo (PID) e realimentação derivativa.

Aplicação:

18. Exemplos de utilização, análise e parametrização da acção derivativa e controladores PID.

Projecto de controlo

19. Questões do projecto de controlo. Problema de regulação e servocomando. Estabilidade. Erro em regime permanente. Comportamento dinâmico.

2. CONHECIMENTOS PRÉ-REQUISITO E ENQUADRAMENTO NO CURSO

Para o sucesso nesta disciplina é necessário que os alunos possuam conhecimentos de:

Análise e Complementos de Análise Matemática: integração de funções, equações diferenciais e transformada de Laplace. Física: sistemas mecânicos, hidráulicos e térmicos. Electricidade e Electrónica: análise de circuitos eléctricos, montagens com amplificadores operacionais.

O conjunto de conhecimentos desta disciplina é pré-requisito para as disciplinas de Controlo de Processos (4º ano, tronco comum) e Controlo Digital (4º ano, perfil de Automação e Robótica). Horizontalmente, a disciplina tem pontos de contacto com as outras disciplinas do 3º ano, 2º semestre, de formação específica em Electrónica Industrial (Instrumentação e Medidas, Electrónica de Potência).

3. CONTEÚDOS PROGRAMÁTICOS

Os conteúdos programáticos correspondem aos objectivos de aprendizagem enunciados.

4. ELEMENTOS DE ESTUDO e BIBLIOGRAFIA

Elementos de estudo, originais do material utilizado para suporte das aulas:

Disponíveis para transferência:

Aulas teóricas:

· Formulários:

1. Formulário de CA2;

2.Tabela muito completa de transformadas de Laplace

· Noções básicas e engenharia de controlo (07/03/06)

· Leis de controlo básicas: introdução ao controlo proporcional e sua aplicação a sistemas de 1ª e 2ª ordem. (07/03/06)

· Análise da Resposta Temporal de Sistemas Dinâmicos de 3ª ordem (só com polos) (21/03/06)

· Análise da Resposta Temporal de Sistemas Dinâmicos de 3ª ordem (vários polos e zeros) (21/03/06)

· Estabilidade de Sistemas Dinâmicos Lineares (05/03/06)

· Erro em regime permanente de sistemas de controlo (09/05/06)

· Método do Lugar da raizes (09/05/06)

· Leis de controlo básicas: controlo proporcional, integrativo e derivativo. PID e seus variantes. (09/05/06)

Aulas teórico-práticas:

· Aula TP- Aula TP – Controlo proporcional (sistemas 1ª ordem)– Controlo da Velocidade de um Veículo (07/03/06)

· Aula TP –Sistema dinâmico com 3 polos: controlo de um robô industrial elevador de carga (03/03/05)

· Aula TP- Sistema dinâmico com 3 polos: Comparação da resposta de sistemas de 3ª ordem, validade das aproximações, polos dominantes (21/03/06)

· Aula TP –Sistema dinâmico com 3 polos: validade da aproximação a um sistema de 2ª ordem, polos dominantes(21/03/06) TPC!

· Aula TP –Sistema dinâmico com 3 polos e 1 zero: Controlo da inclinação de “mergulho” de um veículo submergível não tripulado (21/03/06)

· Aula TP- Controlo proporcional, redução de vários subsistemas a um único sistema, instabilidade, critério de estabilidade de Routh Hurwitz: controlo da direcção de navegação de um robô (05/04/06)

· Aula TP – redução de vários subsistemas a um único sistema , Controlo proporcional, controlo proporcional-integrativo, estabilidade, critério de estabilidade de Routh Hurwitz. (05/04/06)

· Aula TP –Controlo de uma antena parabólica: redução de vários subsistemas a um único sistema , Controlo proporcional, estabilidade, critério de estabilidade de Routh Hurwitz. (05/04/06)

· Aula TP –Controlo da direcção de navegação de um submarino: redução de vários subsistemas a um único sistema , Controlo proporcional, estabilidade, critério de estabilidade de Routh Hurwitz. (05/04/06)

· Aula TP –Controlo da inclinação de “mergulho” de um veículo submergível: redução de vários subsistemas a um único sistema , Controlo proporcional, estabilidade, critério de estabilidade de Routh Hurwitz, Erro em regime permanente. (10/05/06)

· Aula TP –Controlo de uma antena parabólica: Erro em Regime permanente (“tracking” a um avião) (10/05/06)

· Aula TP –Lugar das raízes 1(10/05/06)

· Aula TP –Lugar das raízes 2(10/05/06)

· Aula TP –Lugar das raízes 3(26/05/06)

Bibliografia:

A equipa docente não conhece qualquer monografia ou livro que possa ser indicado como um texto de apoio integral para a disciplina. Recomenda-se a seguinte bibliografia:

· Katsuhiko Ogata, “Modern Control Engineering”, Prentice-Hall, 1997.

· Katsuhiko Ogata – “Engenharia de Controle Moderno”, 2ª ed. - Prentice Hall do Brasil - Rio de Janeiro, 1990.

· Paulo Garrido, “Elementos de Controlo Automático”.

· Richard C. Dorf, Roberth H. Bishop, “Modern Control Systems”, Addison-Wesley, 1998.

· Norman Nise, “Control Systems Engineering”, 2000.

· Morris Driels ,“Linear Control Systems Engineering”, Mc-Graw-Hill, 1996.

· Joseph J Distefano, Allen R. Stubberud, Ivan J. Williams “Sistemas de Retroação e Controle”, Mc-Graw-Hill, 1972.

5. SUMÁRIOS

Para planificação do estudo aconselha-se a consulta dos sumários das aulas teóricas e teórico-práticas: sumários

6. NÚMERO E NATUREZA DAS PROVAS DE AVALIAÇÃO

Ao longo do semestre serão realizados vários testes de auto-avaliação.

Exame final.

IMPORTANTE:

O Exame final terá duas partes. A 1ª parte consistirá na avaliação de conhecimentos considerádos muito básicos. Se o alunos não tiver aprovação na 1ª parte ficará reprovado.

7. MÉTODO DE OBTENÇÃO DA CLASSIFICAÇÃO FINAL

A classificação final será determinada pela classificação do exame final e pelo envolvimento na disciplina.

Para aprovação requer-se, no exame, nota mínima de 9,5 (em 20 valores).

O envolvimento na disciplina será estimado em 3 níveis: “Elevado”, “Médio” e “Irrelevante”. Para a estimação do valor deste índice entrar-se-á em linha de conta com:

- a participação e assiduidade;

- a apresentação de dúvidas fundamentadas.

No final da disciplina e, de acordo com o desenrolar da mesma e o desempenho dos alunos, os valores dos índices serão convertidos em bonificação da nota de exame, desde que esta seja positiva.

8. ATENDIMENTO DOCENTE

Estela Bicho: 4a feira, 16:00 às 18:00 , gabinete B2.09.

10. OUTROS ASPECTOS RELEVANTES

As aulas iniciam-se 15 minutos depois da hora.

Última alteração:01-03-2004 Número de acessos: