Sistemas de Controlo

Código:

EM0041

Sigla:

SC

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Automação

Ocorrência: 2006/2007 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Secção de Automação, Instrumentação e Controlo
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
LEM	11	Plano de estudos de transição para 2006/07	4	6	6	56	160
MIEM	76	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	4	-	6	56	160
		Plano de estudos de transição para 2006/07	4	-	6	56	160

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Objectivos específicos:
Proporcionar aos futuros engenheiros mecânicos um conjunto de conhecimentos nucleares e estruturantes na área dos sistemas de controlo automático.

Espera-se que no final do período lectivo os alunos consigam:
i) elaborar modelos matemáticos de parâmetros concentrados de sistemas dinâmicos, utilizando sistemas de equações diferenciais ordinárias;
ii) analisar e elaborar diagramas de blocos e diagramas de simulação de sistemas dinâmicos lineares;
iii) realizar a análise das respostas temporal e em frequência de sistemas dinâmicos lineares;
iv) projectar controladores clássicos que permitam cumprir especificações de desempenho;
v) elaborar os algoritmos numéricos necessários à implementação em computador dos controladores projectados.

Programa

1. Introdução aos Sistemas de Controlo Automático
1.1. Sistemas de Controlo Automático: enquadramento histórico; conceitos e definições elementares; a reacção ao erro; estrutura de um sistema realimentado.
1.2. Sistemas de regulação e servomecanismos.

2. Modelação Matemática de Sistemas Dinâmicos
2.1. Modelos de parâmetros concentrados: representação em espaço de estados; modelos de sistemas mecânicos, eléctricos, térmicos e hidráulicos; linearização tangente em torno de um ponto de equilíbrio.
2.2. Transformada de Laplace: transformada de um sinal; sinais padrão e suas transformadas; função de transferência de um sistema; cálculo da resposta transitória.
2.3. Representação esquemática: diagramas de blocos; obtenção da função de transferência global; diagramas de simulação.
2.4. Introdução à simulação de sistemas dinâmicos com Matlab/Simulink.

3. Resposta Temporal de Sistemas Dinâmicos
3.1. Resposta Transitória de Sistemas Dinâmicos: sistemas de 1ª ordem; sistemas de 2ª ordem; sistemas de ordem superior; relação entre a posição dos pólos e dos zeros da função de transferência no plano de Laplace e a resposta temporal; pólos dominantes; estabilidade.
3.2. Erros em Regime Permanente: definição do tipo de um sistema; erros na resposta ao degrau, à rampa e à rampa parabólica.

4. Introdução ao Projecto de Controladores
4.1. Acções de controlo elementares: P, I e D.
4.2. Controladores PID: estruturas PID, PI-D e I-PD.
4.3. Selecção e ajuste do controlador de modo a cumprir condições de erro em regime permanente e de resposta transitória; influência das perturbações externas.
4.4. Implementação utilizando amplificadores operacionais.

5. Resposta em Frequência de Sistemas Dinâmicos
5.1. Resposta em Frequência de um Sistema: conceito e definição; relação entre resposta em frequência e função de transferência.
5.2. Representação gráfica da resposta em frequência: diagramas polares; diagramas de Bode.
5.3. Critério de estabilidade de Nyquist.
5.4. Estabilidade relativa: margens de ganho e de fase; relações com a resposta transitória; robustez.

6. Síntese de Controladores no Domínio das Frequências
6.1. Especificação do desempenho através da resposta em frequência.
6.2. Projecto de compensadores: tipos de compensadores e sua escolha; dimensionamento de compensadores de atraso, avanço e atraso avanço de fase; relações com os controladores da família PID.

7. Métodos Heurísticos de Ajuste de Controladores PID
7.1. Métodos de Ziegler Nichols.
7.2. Procedimentos para ajuste manual de servomecanismos electromecânicos.

8. Introdução aos Sistemas de Controlo em Tempo Discreto
8.1. Estrutura de um sistema de controlo em tempo discreto.
8.2. Amostragem de sinais: espectro de um sinal amostrado; reconstrução de sinais amostrados; escolha da frequência de amostragem.
8.3. Implementação de controladores PID utilizando aproximações por diferenças finitas.
8.4. Transformada z: transformada z de um sinal amostrado; função de transferência de um sistema amostrado; mapeamento entre os espaços s e z; estabilidade de um sistema amostrado.
8.5. Síntese de controladores no domínio das pseudo frequências utilizando a transformação bilinear ou de Tustin.

Bibliografia Obrigatória

Ogata, Katsuhiko; Modern control engineering. ISBN: 0-13-261389-1
Ogata, Katsuhiko; Engenharia de controle moderno. ISBN: 85-87918-23-0
Van de Vegte, John; Feedback control systems. ISBN: 0-13-016379-1

Bibliografia Complementar

D.Azzo, John J.; Linear control system analysis and design. ISBN: 0-07-066251-7
Carvalho, Jorge Leite Martins de; Dynamical systems and automatic control. ISBN: 0-13-221755-4
Carvalho, Jorge Leite Martins de; Sistemas de controle automático. ISBN: 85-216-1210-9
Kuo, Benjamin C.; Automatic control systems. ISBN: 0-471-36608-0
Kuo, Benjamin C.; Sistemas de control automático. ISBN: 968-880-723-0
Astrõm, Karl Johan; Computer-controlled systems. ISBN: 0-13-314899-8
Franklin, Gene F; Digital control of dynamic systems. ISBN: 0-201-33153-5

Software

Matlab
Simulink

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de controlo
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de processos > Controlo de processos
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de sistemas > Teoria de sistemas

Tipo de avaliação

Avaliação por exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Aulas da disciplina (estimativa)	Participação presencial	56,00
Exame	Exame	3,00		2007-07-20
	Total:	-	0,00

Componentes de Ocupação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Data Conclusão
Acompanhamento da disciplina	Estudo autónomo	63	2007-06-08
Preparação para exame	Estudo autónomo	40	2007-07-20
	Total:	103,00