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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA Av. João Naves de Ávila, 2121, Bloco 3N - Bairro Santa Mônica, Uberlândia-MG, CEP 38400-902 |
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Plano de Ensino
IDENTIFICAÇÃO
Componente Curricular: |
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Unidade Ofertante: |
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Código: |
Período/Série: |
Turma: |
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Carga Horária: |
Natureza: |
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Teórica: |
Prática: |
Total: |
Obrigatória: |
Optativa: |
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Professor(A): |
Ano/Semestre: |
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Observações: |
EMENTA
Teoria básica e aplicações à Engenharia de Controle e Automação de técnicas de Sistemas de Controle Modernos.
JUSTIFICATIVA
Sistemas de Controle são disciplinas fundamentais na formação de qualquer Engenheiro. São de natureza multidisciplinar, contemplam cálculo, física, elétrica, mecânica, química, sistemas digitais e eletrônica. A modelagem e eventualmente o projeto de compensadores demanda uma profunda revisão de conceitos fundamentais dos cursos de engenharia.
OBJETIVO
Objetivo Geral: |
Estudar sistemas multivariáveis e algumas técnicas de controle que podem ser aplicadas a eles. |
Objetivos Específicos: |
Ao final da disciplina o estudante será capaz de analisar, modelar, projetar e aplicar as teorias de Sistemas de Controle Moderno. |
PROGRAMA
Dimensão Teórica
1. Variáveis de Estado: projeto e análise
1.1.Limitações dos métodos clássicos e vantagens da análise por variáveis de estado,
1.2.O conceito de Estado
1.3.Modelo de Estados de um sistema linear: Contínuo e Discreto
1.4.Representação por diagrama de Estados
1.5.Não unicidade da representação por modelo de Estados
1.6.Linearização da equação de Estados
2. Representação em Espaço de Estados
2.1.Representação por variáveis de Estado utilizando variáveis físicas
2.2.Representação por espaço de Estado utilizando variáveis de fase
2.3.Representação por espaço de Estado utilizando variáveis canônicas
2.4.Modelo de estado por programação em cascata
3. Álgebra Linear e Matriz de transferência
3.1.Introdução;
3.2.Definição de Matriz;
3.3.Operações elementares com Matrizes;
3.4.Inversa de uma Matriz;
3.5.Derivação da Matriz de Transferência a partir do modelo de Estados;
3.6.Autovalores e Autovetores;
3.7.Matriz Modal M;
3.8.Diagonalização;
3.9.Autovetores generalizados;
4. Solução para a Equação de Estados
4.1.Introdução
4.2.Revisão da solução pelo método clássico
4.3.Solução da Equação não homogênea
4.4.Propriedades da Matriz de transição de Estados
4.5.Solução da equação de Estado pelo método da transformada de Laplace
4.6.Cálculo da matriz de transição de estados
4.7.Método da transformada de Laplace
4.8.Método da transformação de similaridade
4.9.Controlabilidade e Observabilidade
4.10. Controlabilidade
4.10.1. Condição para Controlabilidade de estado nos planos S e Z
4.11. Observabilidade
4.11.1. Condição para Observabilidade de estado nos planos S e Z
4.12. Discretização de equações de Espaço de Estado contínuo
5. Controle desacoplado e descentralizado
5.1.Introdução
5.2.Ganho (Albertos Chap 3)
5.2.1. Ganho estático;
5.2.2. Ganho instântaneo;
5.2.3. Ganho directional;
5.3.Controle Multi malhas: Pareamento
5.3.1. Metodologia do Relative Gain Array (RGA);
5.4.Desacoplamento
5.4.1. Desacoplamento por Feedfowrad;
5.4.2. Desacoplamento por Realimentação;
5.4.3. Desacoplamento SVD;
6. O projeto de sistemas realimentados por variáveis de Estado
6.1.Introdução;
6.2.Projeto de controlador por realimentação completa de estados;
6.3.Projeto de Observador de Estados;
6.4.Controle por realimentação completa de estados integrado com observador;
6.5.Entrada de referência;
6.6.Projeto por modelo interno: Controle com estado aumentado, Integrador;
7. Sistemas de Controle Ótimo
7.1.Introdução;
7.2.Função Custo;
7.3.Controlador Ótimo: Regulador Linear Quadrático (LQR);
7.4.Filtro de Kalman: Estimador Linear Quadrático (LQE);
7.5.Controlador Ótimo: Gaussiano Quadrático Linear (LQG);
Dimensão Prática
1. Introdução ao Matlab - Script e Workspace;
2. Simulink;
3. Linearização;
4. Maglev;
5. Simulação com Espaço de Estados;
6. Análise de Sistemas Lineares;
7. Simulação de Controle Desacoplado e Descentralizado;
8. Controle Integral por Realimentação de Estados;
9. Controle Discreto por Realimentação de Estados com Observador;
10. Controlador Ótimo - Regulador Linear Quadrático (LQR) com observador;
11. Controlador Ótimo - Regulador Linear Quadrático (LQR) com observador – TRMS Real;
METODOLOGIA
Serão adotadas aulas presenciais expositivas dialogadas sobre os temas estabelecidos no programa com uso de projetor, quadro negro, e demais materiais complementares relacionados aos temas No desenvolvimento dos conteúdos desta disciplina serão ministradas aulas práticas em laboratório com bancada e equipamentos adequados. Além disso, serão realizadas atividades assíncronas intermediadas pelo Microsoft Teams no intuito de complementar a carga horária total da disciplina.
A interface entre professor e estudantes se dá pelo Microsoft Teams criado para a disciplina: Sistemas de Controle Moderno.
Pasta do curso de Sistemas de Controle Moderno no OneDrive => https://ufubr-my.sharepoint.com/:f:/g/personal/aniel_ufu_br/EpPCCuwAghhIuzFtfJDr39QBhWQ0k5AoOdHQ_v9W9pPoPg?e=7G7DDW
Como conteúdo auxiliar e opcional tem-se a Playlist com as vídeo aulas de SCM: https://www.youtube.com/playlist?list=PLjhzxDly7tNQp2CkUHvAKPciOsnuYk_f_
O cronograma de desenvolvimento do conteúdo proposto, com destaque às datas das aulas presenciais, é apresentado no quadro a seguir:
Aulas teóricas: Terças-feiras das 13h10 às 15h40.
Aulas de Laboratório: Quartas-feiras das 08h às 10h30.
Data |
Conteúdo |
21/05 |
Aula 01 - Apresentação do Curso e Revisão de Sinais e Sistemas |
22/05 |
Lab. 01 - Introdução e Apresentação do Curso; Material Opcional: Vídeo Aulas de Revisão de Álgebra Linear |
28/05 |
Aula 02 - Revisão de Modelagem de Sistemas Dinâmicos |
29/05 |
Lab. 02 - Introdução ao Matlab - Script, Workspace, Simulink; |
04/06 |
Aula 03 - Descrição no Espaço de Estados Contínuo e Discreto - Parte 1 |
05/06 |
Lab. 03 – Projeto de compensadores usando Lugar das Raízes (sisotool) |
11/06 |
Aula 04 - Descrição no Espaço de Estados Contínuo e Discreto - Parte 2 |
12/06 |
Lab. 04 - Linearização de Sistemas Não Lineares |
18/06 |
Aula 05 - Controlabilidade e Observabilidade |
19/06 |
Lab. 05 - Simulação em Espaço de Estados; |
25/06 |
Aula 06 - Controle Integral por Realimentação de Estados |
26/06 |
Lab. 06 - Controle Integral por Realimentação de Estados + Obserrvador |
02/07 |
Aula 07 - Realização mínima, Polos e Zeros MIMO e SVD |
03/07 |
Lab. 07 - Realimentação para Sistemas MIMO |
08/07 |
Entregar a Lista 1 via Microsoft Teams (9,0 ptos) |
09/07 |
Prova 1: 1a Prova de SCM (35 ptos) |
10/07 |
Trabalho Final – Carro-Pêndulo Invertido |
16/07 |
Recesso |
17/07 |
Recesso |
23/07 |
Recesso |
24/07 |
Recesso |
30/07 |
Aula 08 - Análise de Sistemas Lineares |
31/07 |
Lab. 08 - Sistemas Lineares |
06/08 |
Aula 09 - Controle Desacoplado e Descentralizado |
07/08 |
Lab. 09 - Projeto e Simulação de Controle Desacoplado e Descentralizado |
13/08 |
Aula 10 – Controlador Ótimo - Linear Quadratic Regulator (LQR) |
14/08 |
Lab. 10 – Linear Quadratic Regulator (LQR) + Observador |
20/08 |
Aula 11 - Kalman Filter (KF) e Extended Kalman Filter (EKF) |
21/08 |
Lab. 11 – Modelagem e Controle do Pêndulo Invertido |
27/08 |
Aula 12 - Drone UAV - Modelagem e Controle |
28/08 |
Lab. 12 - VAnT Quadricóptero Modelagem e Controle |
03/09 |
Aula 13 - Slide Mode Control (SMC) |
04/09 |
Lab. 13 - Slide Mode Control aplicado ao Maglev |
09/09 |
Entregar a Lista 2 via Microsoft Teams (5,0 ptos) |
10/09 |
Prova 2: 2a Prova de SCM (30 ptos) |
11/09 |
Trabalho Final – Carro-Pêndulo Invertido |
17/09 |
Prova de Recuperação de SCM (100 ptos) |
18/09 |
Apresentar o trabalho Final de SCM (15 ptos) |
Serão ministradas 96 horas-aula (6 horas-aula por semana) na modalidade presencial, às terças-feiras das 13h10min às 15h40min e às quartas-feiras das 08h00min às 10h30min.
Além disso, serão atribuídas 12 horas-aula na modalidade assíncrona compreendendo: videoaulas, simulações computacionais e resolução de listas na plataforma Microsoft Teams.
Horário de Atendimento
Bloco 3N – Sala 3N222. segunda-feira das 16h00 às 17h00 e Quinta-feira: 10:40 às 11:40 horas.
O atendimento também pode ser feito de forma remota por meio de mensagens no Microsoft Teams e pelo e-mail aniel@ufu.br.
AVALIAÇÃO
- Serão aplicadas 2 (duas) provas valendo 35 e 30 pontos, respectivamente, 2 (duas) listas valendo 9,0 e 5,0 pontos cada e um trabalho final valendo 15,0 pontos. Outros 6 pontos serão distribuídos nos Laboratórios. As provas poderão ser divididas em duas partes, sendo uma escrita e outra de simulação. Nos dois primeiros horários os estudantes farão a parte escrita da prova e no último horário a parte de simulação.
09/07/2024 |
Prova 1: 1a Prova de SCM (35 ptos) |
10/09/2024 |
Prova 2: 2a Prova de SCM (30 ptos) |
17/09/2024 |
Prova de Recuperação de SCM (100 ptos) |
Avaliação de recuperação
A atividade de recuperação será aplicada ao estudante que não obteve o aproveitamento mínimo necessário (60 pontos) e que possuir, no mínimo, 75% de presença.
Esta atividade consistirá de uma prova que irá substituir a nota de apenas uma das avaliações semestrais e será cobrado todo o conteúdo ministrado.
O estudante que realizar a atividade de recuperação terá limitada a sua nota final em 60 pontos.
A atividade de recuperação não se aplica aos trabalhos, uma vez que estes são desenvolvidos por um grupo de estudantes.
BIBLIOGRAFIA
Básica
1. Dorf, Richard C.; Bishop, Robert H. Sistemas de Controle Modernos, Rio de Janeiro: LTC, 2009. 8ª edição. (Minha Biblioteca UFU)
2. OGATA, K. Discrete-time Control Systems. 2nd edition. Prentice-Hall, 1995.
3. Albertos Perez, P.; Sala, Antonio. Multivariable Control Systems: An Engineering Approach. Springer, 2004.
Complementar
1. AGUIRRE, Luis A. Introdução à identificação de sistemas: técnicas lineares e não-lineares aplicadas a sistemas reais. 3. ed. rev. e ampl. Belo Horizonte: UFMG, 2007.
2. BAKSHI, U.A.; BAKSHI, M.V. Modern control theory. Pune: Technical Publications, 2008.
3. BROGAN, William L. Modern control theory. 3rd. ed. Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1991.
4. CHEN, Chi-Tsong. Linear system theory and design. 3rd ed. New York: Oxford University Press, 1999. 334 p., il. Inclui bibliografia e índice. ISBN 0195117778 (enc).
5. FRANKLIN, Gene F. Sistemas de controle para engenharia. Porto Alegre: Bookman, 2013.
6. OGATA, Katsuhiko. Engenharia de controle moderno. São Paulo: Prentice Hall, 2010.
APROVAÇÃO
Aprovado em reunião do Colegiado realizada em: ____/____/______
Coordenação do Curso de Graduação: _________________________
| Documento assinado eletronicamente por Aniel Silva de Morais, Professor(a) do Magistério Superior, em 21/05/2024, às 21:10, conforme horário oficial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015. |
| A autenticidade deste documento pode ser conferida no site https://www.sei.ufu.br/sei/controlador_externo.php?acao=documento_conferir&id_orgao_acesso_externo=0, informando o código verificador 5423852 e o código CRC 1F27645A. |
Referência: Processo nº 23117.034406/2024-60 | SEI nº 5423852 |