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 - Case Study 2.12;
4. Simulação com Espaço de Estados;
5. Análise de Sistemas Lineares;
6. Projeto e Simulação de Controle Desacoplado e Descentralizado;
7. Controle Integral por Realimentação de Estados;
8. Controle Discreto por Realimentação de Estados
9. Controlador Ótimo - Regulador Linear Quadrático (LQR);
10. Linear Quadratic Gaussian (LQG);

METODOLOGIA

Para a presente componente curricular, a ser ministrada em formato remoto, serão adotadas aulas em duas modalidades distintas de comunicação: síncrona (todos os alunos simultaneamente conectados à internet sob a regência do professor) e assíncrona (contemplando atividades remotas off-line). Essas modalidades estão previstas e concordantes com a Resolução nº 20/2020 do Conselho de Graduação. Para tal efeito, serão consideradas as seguintes mídias e conteúdo:

• Modalidade síncrona (on-line): Compreende como sendo aulas expositivas, podendo haver participação dos alunos, através da plataforma Microsoft Teams.

• Modalidade assíncrona (off-line): Compreende como sendo atividades diversas acessadas no Youtube (videoaulas), e-mails e plataforma Microsoft Teams.

A carga horária total do curso é de 108 horas-aula (aulas de 50 min), que serão divididas da seguinte forma:

• Modalidade síncrona (on-line): Serão ministradas 3 horas-aulas semanais (totalizando 48 horas-aula), às terçass-feiras das 13h10 às 15h40;
• Modalidade assíncrona (off-line): Serão atribuídas 4 horas-aulas semanais (totalizando 60 horas-aula) compreendendo entre diversas atividades descritas anteriormente como sendo assíncronas.
• Pasta do curso de Processamento da Energia (OneDrive): clique aqui

O atendimento ao aluno será realizado de forma remota, seja durante as aulas na modalidade síncrona, através do chat da Plataforma Microsoft Teams, ou através do e-mail: aniel@ufu.br;

CRONOGRAMA

Atividade Síncrona: terças-feiras das 13h10 às 15h40, durante 16 semanas. Totalizando 48 ha.

Atividade Assíncrona. 3,75 ha por semana durante 16 semanas, totalizando 60 ha.

Tabela 1 - Aulas Síncronas com 48 ha (3 ha/semana).

Tabela 2 – Atividades Assíncronas com 60 ha ( 4 ha/semana).

OBS: A validação da assiduidade dos discentes será realizada a partir da anotação em controle específico (planilha Excel) da presença dos mesmos nas aulas expositivas na modalidade síncrona, assim como pelo atendimento aos prazos de entrega dos itens de avaliação.

AVALIAÇÃO

- Serão aplicadas 2 (duas) provas valendo 47,5 e 32,5 pontos, e um trabalho final valendo 20 pontos. Os mesmos devem ser submetidos pela plataforma Microsoft Teams.

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 09/11/2021, às 23:54, 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 3162052 e o código CRC 5ED60982.

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