Controlo

Engenharia Electrotécnica e de Computadores
6 ECTS; 3º Ano, 1º Semestre, 28,0 T + 14,0 PL + 28,0 TP + 5,0 OT

Docente(s)
- Paulo Manuel Machado Coelho

Pré-requisitos
Não aplicável.

Objetivos
Permitir conhecimentos sobre as várias estruturas dos sistemas de controlo automático; desenvolver competências no projecto de sistemas de controlo clássicos, em sistemas lineares e invariantes no tempo, e na análise de estabilidade e de desempenho.

Programa
1. Introdução: Breve introdução aos sistemas de controlo automático. Controlo por realimentação e controlo direto (feedforward). Controlo em cascata / mestre-escravo. Sensores e codificadores em sistemas de controlo: potenciómetros, codificadores, tacómetros. Revisão Diagrama de Blocos.
2. Modelos matemáticos de sistemas físicos: Revisão aos Sistemas mecânicos de translação e aos sistemas mecânicos de rotação. Motor DC em sistemas de controlo ( Modelos matemáticos; Curvas torque-velocidade). Engrenagens e backlash. Servo-mecanismos.
3. Análise temporal em malha aberta e malha fechada: Análise de estabilidade relativa. Critério de Routh. Efeito da adição de pólos e zeros. Pólos dominantes em funções de transferência. Aproximação de sistemas de ordem superior a sistemas de ordem inferior. Estabilidade de Nyquist: Análise através do Diagrama de Nyquist.
4.Análise de sistemas de controlo: Critérios de projeto. Análise de erros em regime estacionário. Método do lugar das raízes. Métodos no domínio da frequência ? representação gráfica de funções de transferência sinusoidais (diagrama de Bode e traçado polar): Frequência e pico de ressonância e largura de banda de sistemas de 2ª ordem; Critérios de estabilidade; Efeito da adição de pólos e zeros.
5.Projeto de sistemas de controlo clássicos: Configuração do controlador. Controlo PID [Ações de controlo proporcional (P), proporcional-derivativo (PD) e proporcional-integral-derivativo (PID)]; Sintonização de controladores PID (Método de Ziegler-Nichols em malha aberta e em malha fechada; Método de colocação de pólos; Método experimental). Compensação em avanço-atraso (Controladores em avanço e controladores em atraso). Análise de perturbações. Projeto de sistemas com várias malhas de realimentação. Projeto no domínio da frequência.
6.Projeto de sistemas de controlo digitais: Introdução aos sistemas de controlo digitais. Os conversores A/D e D/A no anel de controlo. Diagramas de blocos de sistema de controlo digitais. Projeto de controladores PID digitais via discretização de PID analógicos: método de emulação.

Metodologia de avaliação
Exame, sem consulta, vale 75% da nota final, e Trabalhos Práticos valem 25%. O aluno tem de obter no exame nota superior ou igual a 8 em 20 valores e 9.5 em 20 valores nos trabalhos práticos. A média das duas tem de ser superior ou igual a 9.5 em 20.

Bibliografia
- Franklin, G. e Powell, D. e Emani-Naeini, A. (2006). Feedback Control of Dynamic Systems. USA: Pearson Prentice Hall
- Golnaraghi, F. e Kuo, B. (2003). Automatic Control Systems. USA: John Wiley & Sons
- Ogata, K. (2002). Modern Control Engineering. USA: Prentice-Hall
- Franklin, G. e Workman, M. e Powell, D. (1998). Digital Control of Dynamic Systems. California - USA: Addison-Wesley

Método de interação
Aulas teóricas em que se descrevem e exemplificam os métodos em estudo, aulas teórico-práticas em que são propostos
exercícios de aplicação, e Práticas de Laboratório.

Software utilizado nas aulas
Matlab / Simulink