Agenda e Ementa da Disciplina de Sistemas de Controle 2023

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SISTEMAS DE CONTROLE 1 ENG PROF MAURO FERREIRA AULA 1 2 NOSSA AGENDA 20231 AULAS NORMAIS 0602 1302 2702 0603 1303 2003 2703 PROVA P1 0304 VISTA DE PROVA 1004 E AULA AULAS NORMAIS 1704 2404 1505 2205 2905 0506 1206 PROVA P2 1906 VISTA DE PROVA P2 2606 PROVA P3 0307 DIA LIVRE 2002 0105 SEMANA ACADÊMICA 0805 TÉRMINO DO SEMESTRE 0707 3 SISTEMAS DE CONTROLE EMENTA Analise e modelagem matemática de sistemas lineares e não lineares Determinação da função de transferência pelo modelo matemático de uma planta Simulação de Sistemas em MatLab Princípios de Controle Resposta Temporal Estabilidade de Sistemas Erro de Estado Estacionário BIBLIOGRAFIA BÁSICA OGATA K Engenharia de Controle Moderno 3ª ed PrenticeHall do Brasil 1997 DSOUZA A F Design of Control Systems PrenticeHall International 1988 DOEBELIN EO Control Systems Principles and Design John Wiley Sons 1985 BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR SPERANZA NETO M Modelos de Bicicletas e Motocicletas para Análise Simulação e Síntese do Controle de Estabilidade e Trajetória Notas de Aula DEM PUCRio Rio de Janeiro 2016 INMAN D J Vibration with Control Measurement and Stability PrenticeHall International 1989 4 NOTAS IMPORTANTES 1 A AVALIAÇÃO SERÁ LIBERADA NA SUA DATA MARCADA E DEVOLVIDA EM 24 HORAS E NÃO MAIS EM 01 SEMANA 2 A GRAVAÇÃO DA AULA ESTARÁ DISPONIVEL PARA O DISCENTE SOMENTE POR 30 DIAS E NÃO MAIS ATÉ O FIM DO PERÍODO 3 QUALQUER DIVERGÊNCIA COM O SISTEMA REFERENTES A POSTAGEM DE PROVAS E LANÇAMENTO DE NOTAS DEVERÁ SER COMUNICADA DE FORMA IMEDIATA AO PROFESSOR PARA QUE O MESMO TOME AS ATITUDES CABIVEIS 4 VALE RESSALTAR QUE A PARTICIPAÇÃO DO DISCENTE É PRIMORDIAL PARA A EVOLUÇÃO DE CADA AULA E SEU PRÓPRIO APRENDIZADO 1 Introdução aos Sistemas de Controle A engenharia está interessada no entendimento e no controle de materiais e fenômenos da natureza A Engenharia de Sistema de Controle foca em segmentos desses ambientes chamados de SISTEMAS O grande desafio da Engenharia de Controle é modelar descrever e controlar Sistemas modernos com alto grau de complexidade e interrelação tais como Sistemas de tráfego Processos químicos Sistemas robóticos Engenharia de Controle baseiase em duas fundamentações Teoria de realimentação feedback Análise de Sistemas Lineares Esses dois temas são integrados com conceitos de Teoria de Redes e de Comunicação Engenharia de Controle é muito ampla e pode ser utilizada em diversas áreas tais como Na Engenharia Ambiental Aeronáutica Biomédica Civil Elétrica Mecânica Naval Química Em outras áreas Biologia Economia etc 1 Introdução aos Sistemas de Controle 11 O que é Controle 12 Composição de um Sistema de Controle 13 Controle Manual x Automático 14 Os Efeitos da Realimentação 15 Os Primeiros Sistemas de Controle em MF 16 Sistemas de Controle Modernos 17 Aplicações em Engenharia 18 Aplicações em outras Áreas 1 Introdução aos Sistemas de Controle 11 O que é Controle 12 Composição de um Sistema de Controle 13 Controle Manual x Automático 14 Os Efeitos da Realimentação 15 Os Primeiros Sistemas de Controle em MF 16 Sistemas de Controle Modernos 17 Aplicações em Engenharia 18 Aplicações em outras Áreas Um SISTEMA de CONTROLE é um conjunto de componentes interconectados que gera uma configuração capaz de prover uma resposta desejada pelo Sistema Assumese que existe uma relação linear de CAUSAEFEITO para componentes do Sistema que é linear Sistema composto por Componente que deve ser controlada Processo ou Planta Componente que determina o controle Controlador Componente que realiza o controle Atuador Componente que monitora o sistema Realimentador Tornado x Aeronave Em ambos os fenômenos grandes massas são transportadas através do ar com uma energia gigantesca seguindo as mesmas leis da dinâmica dos fluidos e da termodinâmica Qual é a diferença fundamental entre eles Controle 11 O que é Controle Controlar um sistema físico é fazer com que uma ou mais variáveis do sistema assumam um valor desejado ou sigam uma trajetória de referência 1 Introdução aos Sistemas de Controle 11 O que é Controle 12 Composição de um Sistema de Controle 13 Controle Manual x Automático 14 Os Efeitos da Realimentação 15 Os Primeiros Sistemas de Controle em MF 16 Sistemas de Controle Modernos 17 Aplicações em Engenharia 18 Aplicações em outras Áreas Os Sistemas de Controle são representados graficamente por blocos Processo é o sistema físico que se deseja controlar Exemplos O lançamento de um foguete ou míssil Uma plataforma de petróleo em alto mar Um processo industrial Um fluido em uma tubulação O voo de uma aeronave A órbita de um satélite O posicionamento de uma antena parabólica Variável Controlada ou Saída é a variável do processo físico que deverá ser forçada a um valor fixo ou a seguir uma trajetória de referência Exemplos A trajetória de um foguete ou míssil A posição de uma plataforma de petróleo em alto mar A temperatura em um processo industrial A pressão de um fluido em uma tubulação O ângulo de mergulho de uma aeronave A altitude de um satélite O alinhamento entre uma antena parabólica e um satélite 12 Composição de um Sistema de Controle 12 Composição de um Sistema de Controle 12 Composição de um Sistema de Controle Planta é o conjunto Atuador Processo Obs do ponto de vista do projeto do controlador a dinâmica do atuador é mesclada à dinâmica do processo formando 1 único sistema a ser controlado chamado de planta Realimentação é uma técnica que consiste em medir a variável de saída através de um Sensor e reinjetar esta informação na entrada do Controlador Um sistema de controle com realimentação é dito ser um sistema de controle em malha fechada Sensor é um dispositivo que tem por objetivo medir uma grandeza física do processo pressão temperatura umidade salinidade deslocamento velocidade aceleração massa ângulo velocidade angular etc convertendo o valor medido em um sinal elétrico de tensão ou de corrente Em um sistema de controle em malha fechada o Controlador se baseia no erro de rastreamento ou seja na diferença entre o valor desejado para a saída referência e o valor medido pelo Sensor supostamente o valor real a menos das imperfeições e da dinâmica do Sensor Perturbação ou Distúrbio é todo tipo de interferência externa inevitável que afeta a variável que se deseja controlar Sistema de Controle de Malha Aberta openedloop control system utiliza um controlador eou atuador de controle para obter a resposta desejada Exemplo 2 máquina de lavar roupas Sistema de Controle de Malha Fechada closedloop control system utiliza uma medida da atual reposta do Sistema para o seu controle Entrada Comparador Controlador Processo Medida Saída Este é um esquema de um sistema SISO single input single output com realização de saída Diagrama de Blocos de um Sistema de Controle de Malha Fechada closedloop control system Entrada Erro Dispositivo de Controle Atuador Processo Sensor Medida de saída Realimentação Saída Em um caso mais real devese adicionar uma componente de perturbação Exemplo 1 temperatura do forno de um fogão elétrico Sistema de malha fechada Objetivo Manter a temperatura do forno do fogão no valor ajustado para uma temperatura de referência Um sensor mede a temperatura atual e retorna para o comparador que indica uma ação de ligar o aquecimento ou desligar o aquecimento Abrir o forno pode ser considerado uma perturbação 12 Composição de um Sistema de Controle Sistema de aquecimento de uma casa 12 Composição de um Sistema de Controle 12 Composição de um Sistema de Controle 12 Composição de um Sistema de Controle 12 Composição de um Sistema de Controle 12 Composição de um Sistema de Controle Controle do Ângulo de Azimute de uma Antena Direcional 12 Composição de um Sistema de Controle 12 Composição de um Sistema de Controle 12 Composição de um Sistema de Controle 12 Composição de um Sistema de Controle Processo ou Planta Representa a parte do sistema cujo comportamento se quer controlar Medidas de realimentação Saída do processo que é convertida para a dimensão da entrada e realimenta o Comparador Comparador Compara o comportamento do sistema representado por todas as medidas naquele instante com uma configuração de referência a saída desejada Saída desejada Valor desejado para o sistema representado pela entrada em seus terminais Controlador Atua como guia calcula as modificações que devem ser realizadas para levar o sistema ao comportamento desejado O sinal que especifica tais modificações devem ser enviadas à planta Sistemas de Controle mais complexos podem controlar diversas variáveis Sistema MIMO multiple input multiple output Entrada Comparador Controlador Processo Medidas Saída Exemplo 3 avião comercial Sistema MIMO Objetivos manter cabine pressurizada piloto automático temperatura interna etc Diversos sensores diferentes para avaliar a tomar diferentes ações ATÉ A PRÓXIMA AULA