Conhecimentos de Base Recomendados

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Objetivos

No final do semestre o aluno aprovado deve ser capaz de identificar os componentes principais de sistemas de sistemas de controlo em cadeia aberta e em cadeia fechada, assim como de descrever e compreender as suas características mais relevantes.
Saber representar sistemas em diagramas de blocos e por meio de funções de transferência. Saber analisar e caracterizar sistemas, com base na sua função de transferência, e na sua resposta no tempo e na frequência. Adquirir as noções de estabilidade absoluta e relativa e ser capaz de identificar os vários componentes que podem constituir uma cadeia de controlo.
Saber escolher o tipo de controlador mais adequado face às características do sistema a controlar e aos objectivos a atingir. Conseguir dimensionar controladores, utilizando diferentes métodos de projecto. Ser capaz de afinar os parâmetros de um controlador PID de um processo.

Pretende-se que os alunos que frequentaram a disciplina com aproveitamento sejam capazes de:

1 - Compreender as diferenças entre os sistemas em anel aberto e fechado e de identificar os vários componentes que podem constituir uma cadeia de controlo.

2 – Analisar e caracterizar sistemas, com base na sua resposta no tempo.

3 - Compreender as noções de estabilidade absoluta/relativa

4 – Compreender as ações básicas de controlo: Proporcional (P), Integral (I) e Derivativa (D) e a sua influência no desempenho e estabilidade de uma cadeia de controlo.

5 - Saber fazer a afinação de controladores PID pelos vários métodos aprendidos;

6 – Ser capaz de usar o programa Matlab/Simulink para analisar e dimensionar sistemas de controlo.

7 - Saber o que são diagramas de Bode e diagramas de Nyquist.

Métodos de Ensino

Aulas Teórica-Práticas: Introdução dos conceitos com apresentação de exemplos. Resolução de exercícios pelos alunos. A propósito das matérias são fornecidos aos alunos textos de apoio e exercícios que contribuem para a aquisição dos conhecimentos e competências previstos.
 
Laboratórios: Simulação em computador de sistemas e análise das suas respostas no tempo, através dos programas MATLAB e SIMULINK. Simulação de sistemas dinâmicos. Experiências de identificação de modelos de sistemas físicos existentes no laboratório e controlo desses sistemas.
Experiências de afinação de parâmetros de controladores. Parametrização de controladores industriais.

Estágio(s)

Não

Programa

1 – Introdução ao controlo:
O problema do controlo: Regulador e servo-mecanismo. A realimentação e sua influência na atenuação de perturbações e ruído, no seguimento e na sensibilidade à variação de parâmetros. 

2 – Introdução aos sistemas:
Propriedades e representação de sistemas. Revisões de transformada de Laplace. Função de transferência, pólos e zeros. Algebra de blocos. Modelos de sistemas, resposta temporal e especificações de desempenho para sistemas de primeiro e segundo grau . Erros estacionários.

3 – Estabilidade:
Noções de estabilidade absoluta e relativa.

4 - Relações entre o lugar geométrico dos pólos do modelo de um sistema e o respectivo comportamento dinâmico.

5 – Projecto de controladores clássicos:
As acções básicas de controlo: Proporcional (P), Integral (I) e Derivativa (D). O controlador PID. Topologias de controladores PID. Projecto de controladores PID: métodos de Ziegler-Nichols (ganho crítico e curva de reacção. Comutação A/M e reset-windup: consequências e soluções.

6 – Análise no domínio da frequência:
Diagramas de Bode. Critério e diagrama de Nyquist. Estabilidade relativa, margem de ganho e de fase, robustez. Relações entre a resposta temporal e a resposta em frequência.

Demonstração de conteúdos

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Demonstração da metodologia

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Docente(s) responsável(eis)

Paulo Alexandre de Sousa Almeida Felício - 2.º Semestre

Bibliografia

Norman S. Nise; Control Systems Engineering, John Wiley & Sons Inc, 2019. ISBN: ISBN: 978-1119592921
Paulo Almeida Felício; Apontamentos sobre Controlo Automático, 2022 (Disponibilizado aos alunos via Moodle)
Paulo Felício; Guias de laboratório, 2022 (Disponibilizados via Moolde)
Katsuhiko Ogata; Engenharia de Controle Moderno, Pearson Universidades, 2010. ISBN: ISBN: 978-8576058106
Gene F. Franklin, J.David Powell, Abbas Emami-Naeini; Feedback Control of Dynamic Systems, Prentice-Hall, 2019. ISBN: 978-1292274522