Plano de Ensino

IDENTIFICAÇÃO

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

PROGRAMA

Dimensão Teórica

1. Variáveis de Estado: projeto e análise
   1. Limitações dos métodos clássicos e vantagens da análise por variáveis de estado,
   2. O conceito de Estado
   3. Modelo de Estados de um sistema linear: Contínuo e Discreto
   4. Representação por diagrama de Estados
   5. Não unicidade da representação por modelo de Estados
   6. Linearização da equação de Estados
2. Representação em Espaço de Estados
   1. Representação por variáveis de Estado utilizando variáveis físicas
   2. Representação por espaço de Estado utilizando variáveis de fase
   3. Representação por espaço de Estado utilizando variáveis canônicas
   4. Modelo de estado por programação em cascata
3. Álgebra Linear e Matriz de transferência
   1. Introdução;
   2. Definição de Matriz;
   3. Operações elementares com Matrizes;
   4. Inversa de uma Matriz;
   5. Derivação da Matriz de Transferência a partir do modelo de Estados;
   6. Autovalores e Autovetores;
   7. Matriz Modal M;
   8. Diagonalização;
   9. Autovetores generalizados;
4. Solução para a Equação de Estados
   1. Introdução
   2. Revisão da solução pelo método clássico
   3. Solução da Equação não homogênea
   4. Propriedades da Matriz de transição de Estados
   5. Solução da equação de Estado pelo método da transformada de Laplace
   6. Cálculo da matriz de transição de estados
   7. Método da transformada de Laplace
   8. Método da transformação de similaridade
   9. Controlabilidade e Observabilidade
   10. Controlabilidade
       1. Condição para Controlabilidade de estado nos planos S e Z
   11. Observabilidade
       1. Condição para Observabilidade de estado nos planos S e Z
   12. Discretização de equações de Espaço de Estado contínuo
5. Controle desacoplado e descentralizado
   1. Introdução
   2. Ganho (Albertos Chap 3)
      1. Ganho estático;
      2. Ganho instântaneo;
      3. Ganho directional;
   3. Controle Multi malhas: Pareamento
      1. Metodologia do Relative Gain Array (RGA);
   4. Desacoplamento
      1. Desacoplamento por Feedfowrad;
      2. Desacoplamento por Realimentação;
      3. Desacoplamento SVD;
6. O projeto de sistemas realimentados por variáveis de Estado
   1. Introdução;
   2. Projeto de controlador por realimentação completa de estados;
   3. Projeto de Observador de Estados;
   4. Controle por realimentação completa de estados integrado com observador;
   5. Entrada de referência;
   6. Projeto por modelo interno: Controle com estado aumentado, Integrador;
7. Sistemas de Controle Ótimo
   1. Introdução;
   2. Função Custo;
   3. Controlador Ótimo: Regulador Linear Quadrático (LQR);
   4. Filtro de Kalman: Estimador Linear Quadrático (LQE);
   5. Controlador Ótimo: Gaussiano Quadrático Linear (LQG);

Dimensão Prática (aulas remotas síncronas)

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 de Laboratório. quartas-feiras das 08h às 11h30, durante 16 semanas de 3 ha, totalizando 48 ha.

Aulas Teóricas: terças-feiras das 13h10 às 15h40, durante 15 semanas de 3 há, totalizando 45 ha.

Tabela 1 – Aulas de Laboratório com 48 ha (3 ha/semana).

Tabela 2 – Aulas Teóricas com 45 ha ( 3 ha/semana).

AVALIAÇÃO

- Serão aplicadas 2 (duas) provas valendo 42 e 28 pontos, e um trabalho final valendo 15 pontos. Outros 15 pontos serão distribuídos nos Laboratórios. As provas serão 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.

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.
2. Albertos Perez, P.; Sala, Antonio. Multivariable Control Systems: An Engineering Approach. Springer, 2004.
3. Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emami-Naieni. Sistemas de Controle para Engenharia, Porto Alegre: Bookman, 2013.
4. OGATA, K. Engenharia de Controle Moderno. Pearson Education do Brasil, 2003.

Complementar

1. Skogestad, S.; Postlethwaite, Ian. Multivariable Feedback Control: Analysis and design. Second edition. Wiley, 2001.
2. Norman S. Nise. Engenharia de Sistemas de Controle. 3a Edição. Editora LTC, 2002.
3. AGUIRRE, L. A. Introdução à Identificação de Sistemas: Técnicas Lineares e Não Lineares Aplicadas a Sistemas Reais. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2007.
4. Oppeinheim, Alan V.; Willsky, Allan S. Sinais e sistemas, São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010. 2ª Edição.
5. OGATA, K. Discrete-time Control Systems. 2nd edition. Prentice-Hall, 1995.
6. CHEN, C. T. Linear System Theory and Design, Oxford University Press, Oxford, England, 1998.

APROVAÇÃO

Aprovado em reunião do Colegiado realizada em: ____/____/______

Coordenação do Curso de Graduação: _________________________

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Documento assinado eletronicamente por Aniel Silva de Morais, Professor(a) do Magistério Superior, em 08/04/2022, às 15:23, conforme horário oficial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

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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 3510507 e o código CRC A7A80412.

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