Complementos de Controlo Automático

Código:

EM610

Sigla:

CCA

Ocorrência: 2003/2004 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Secção de Automação, Instrumentação e Controlo
Instituição Responsável:	Faculdade de Engenharia

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
LEM	8	Plano de Estudos EM Oficial a partir de 2000	5	3,5	7	-
		Plano para Bachareis EM a partir 2000	2	3,5	7	-

Língua de trabalho

Português

Objetivos

É objectivo desta disciplina complementar os conhecimentos de Teoria de Controlo Automático, adquiridos no tronco comum da licenciatura, orientando-os mais especificamente para o controlo de sistemas que se encontram na área de intervenção do Engenheiro Mecânico. Assim, são aprofundados, e introduzidos, temas que permitem:
- modelar e simular numericamente o comportamento temporal de sistemas dinâmicos;
- ter em conta os, sempre presentes, comportamentos não-lineares dos sistemas a controlar;
- projectar controladores capazes de impor uma dinâmica pretendida a um sistema, utilizando ferramentas de Computer-Aided Control System Design;
- implementar controladores sob a forma de algoritmos numéricos, possibilitando o controlo de sistemas por computador;
- identificar modelos lineares, pelo princípio dos mínimos quadrados, utilizando informação da entrada e da saída do sistema ao longo do tempo.

Programa

1 Modelação Matemática de Sistemas Dinâmicos.
1.1 Modelos de parâmetros concentrados;
1.2 Aplicação à modelação de servo-actuadores electromecânicos.
2 Modelação de Sistemas Não-lineares Contínuos.
2.1 Linearização tangente em torno de um ponto de funcionamento, utilizando os termos de primeira ordem de uma expansão em série de Taylor;
2.2 Exemplos de aplicação: Modelação do escoamento de um fluido em regime turbulento através de uma restrição de secção variável; Modelação de um reservatório de liquido; Modelação do escoamento de óleo através de uma servo-válvula de quatro orifícios; Modelação de um servo-sistema óleo-hidráulico; Introdução à modelação de sistemas térmicos;
2.3 Introdução à utilização do software de cálculo e simulação Matlab / Simulink.
3 Modelação e Análise de Sistemas Não-lineares Descontínuos.
3.1 Alguns comportamentos “bizarros” em sistemas não-lineares;
3.2 O plano de fase como ferramenta gráfica de análise de sistemas de 2ª ordem;
3.3 Ciclos-Limite;
3.4 Comportamentos não-lineares descontínuos;
3.5 Funções Descritivas;
3.6 Análise de estabilidade utilizando Funções Descritivas.
4 Teoria do Espaço de Estados.
4.1 Representação de um sistema dinâmico em Espaço de Estados;
4.2 Invariância dos valores próprios do sistema face a uma transformação linear do seu vector de estado;
4.3 Solução da Equação de Estado;
4.4 Diagonalização da matriz do sistema;
4.5 Controlabilidade e Observabilidade de um sistema dinâmico.
5 Controlo Moderno.
5.1 Estabilização de um sistema, com colocação de pólos, por realimentação do seu vector de estado;
5.2 O problema do seguimento de referências;
5.3 Construção de um observador do estado de um sistema dinâmico.
6 Introdução ao Controlo Digital.
6.1 Introdução aos sistemas de controlo em tempo discreto;
6.2 Efeitos da amostragem;
6.3 Aproximações numéricas discretas de controladores contínuos;
6.4 Transformada z de um sinal amostrado;
6.5 Síntese de controladores no domínio pseudo-frequencial utilizando a transformação w;
6.6 Representação de um sistema dinâmico amostrado em espaço de estados;
6.7 Síntese de controladores modernos e de observadores em tempo discreto.
7 Introdução à Identificação de Sistemas.
7.1 Princípios da Identificação de Sistemas;
7.2 O princípio dos Mínimos Quadrados;
7.3 Identificação com dados em lote, utilizando a matriz pseudo-inversa de Penrose.

Bibliografia Principal

Katsuhiko Ogata, "Modern Control Engineering", 3rd Ed., Prentice-Hall Inter. Editions, 1997, ISBN 0-13-261389-1.
John Van de Vegte, "Feedback Control Systems",
Prentice-Hall Int.Ed., 1994, ISBN 0-13-191503-7.

Bibliografia Complementar

John J. D'Azzo e Constantine H. Houpis, "Linear Control System Analysis and Design",
McGraw-Hill Int.Ed., 1988, ISBN 0-07-100191-3.
J.L. Martins de Carvalho, "Dynamical Systems and Automatic Control",
Prentice-Hall Int.Ed., 1993, ISBN 0-13-221755-4.
Gene F. Franklin, J. David Powell e Michael Workman, “Digital Control of Dynamic Systems”,
Addison-Wesley, 1998, ISBN 0-201-33153-5.
Karl J. Astrom e Bjorn Wittenmark, “Computer-Controlled Systems, 3rd edition”,
Prentice-Hall, 1997, ISBN 0-13-314899-8.
Herbert E. Merrit, “Hydraulic Control Systems”,
John Wiley & Sons, 1967, ISBN 0-471-59617-5.

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas Teóricas de exposição das matérias leccionadas.
Dois tipos, complementares, de Aulas Práticas:
- resolução de problemas ilustrativos da aplicação das matérias leccionadas;
- demonstrações experimentais do funcionamento de alguns exemplos de sistemas automáticos e da utilização de ferramentas informáticas na simulação e síntese de sistemas de controlo automático.

Software

Matlab / Simulink

Tipo de avaliação

Avaliação por exame final