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Controlo de Sistemas

Código:

LACI22018

Sigla:

CS

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Controlo e Processos

Ocorrência: 2021/2022 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Sistemas e Informática
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Engenharia de Automação, Controlo e Instrumentação

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
EACI	75	Plano de Estudos 14	2	-	6	75	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Esta unidade curricular procura introduzir as ferramentas fundamentais e os principios necessários para a análise e dimensionamento de sistemas de controlo.

Resultados de aprendizagem e competências

No fim desta disciplina os alunos deverão estar aptos a:

• Analisar e dimensionar sistemas de controlo com base no método do lugar geométrico das raízes (LGR).


• Analisar e dimensionar sistemas de controlo com base na resposta em frequência .


• Analisar e dimensionar os controladores PID e aplicar métodos práticos de sintonia.


• Identificar sistemas de primeira e segunda ordem com base na sua resposta ao salto.


• Analisar e dimensionar controladores antecipativos.


• Analisar e dimensionar sistemas de controlo através do Matlab.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

É muito importante os alunos terem frequentado previamente as unidades curriculares de Sinais, Sistemas e Simulação, Matemática aplicada. É também importante possuir bons conhecimentos de Matlab/Simulink.

Programa

1. Introdução aos sistemas de controlo - O problema de controlo. A realimentação e a sua influência na atenuação de perturbações e ruído, no seguimento e na sensibilidade.


2. Diagrama do Lugar Geométrico das Raízes (LGR ou Root-Locus) - Condição de módulo e condições de fase. Regras para a construção do diagrama do LGR para ganho positivo. LGR e estabilidade.


3. Estabilidade no domínio da frequência - Revisão dos diagramas de bode. Estabilidade relativa: margem de ganho e de fase, robustez. Relações entre resposta temporal e em frequência. Especificações no domínio da frequência.


4. Compensação - Dimensionamento de compensadores de atraso de fase e de avanço de fase baseados no LGR e nos diagramas de Bode. Introdução à compensação de avanço-atraso.


5. Identificação de Sistemas de primeira e segunda ordem: Identificação de sistemas de 1ª ordem pelos métodos da tangente, tangente modificado e Sundaresan e Krishnaswamy. Identificação de sistemas de 2ª ordem pelos métodos de Harriott modificado, de Smith, de Rangaiah e Krishnaswamy, e de Chen.


6. Projecto de controladores clássicos - As acções básicas de controlo: Proporcional (P), Integral (I) e Derivativa (D). O controlador PID. Topologias de controladores PID. Colagem do integrador. Filtragem e ponderação da referência. Sintonia controladores PID: Métodos de Ziegler-Nichols, Amigo e Cohen-Coon. Sintonia automática de controladores PID pelo método do relé. Dimensionamento de controladores PID pelo método SIMC.


7. Controlo antecipativo (feedforward).

Bibliografia Obrigatória

Katsuhiko Ogata; Engenharia de Controle Moderno, Pearson, 2010. ISBN: 978-8576058106
Richard C. DORF, Robert H. BISHOP; Sistemas de Controle Modernos, LTC, 2018. ISBN: 978-8521635123
Norman S. Nise ; Engenharia de Sistemas de Controle, LTC; 7ª edição, 2017. ISBN: 978-8521634355

Bibliografia Complementar

Karl Johan Åström , Richard M. Murray ; Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers, Princeton University Press, 2021. ISBN: 978-0691193984
Katsuhiko Ogata; Modern Control Engineering: Fifth Edition, PRENTICE HALL, 2010. ISBN: 978-8120340107
Karl Johan Åström , Tore Hagglund ; Advanced PID Control, ISA, 2005. ISBN: 978-1556179426
Dale E. Seborg, Thomas F. Edgar, Duncan A. Mellichamp, Francis J. Doyle III; Process Dynamics and Control, Wiley, 2016. ISBN: 978-1-119-28591-5
Norman S. Nise; Control Systems Engineering 8th Edition, Wiley, 2020. ISBN: 978-1119721406

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Os conteúdos teóricos da unidade curricular serão expostos nas aulas T/P, nestas mesmas aulas os estudantes são motivados para aplicar as competências adquiridas através da análise, discussão e solução de problemas.
Aulas Laboratoriais : Análise e projecto de sistemas de controlo através da simulação em computador e da realização de um projecto final. Deste modo é possível aos alunos relacionar os conceitos aprendidos nas aulas T/P com aplicações práticas e introduzi-los na utilização de software para análise e projecto de sistemas de controlo. Nestas aulas os estudantes ganham experiência na análise e apresentação de dados assim como na elaboração de relatórios.

Software

Matlab/Simulink

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	80,00
Trabalho laboratorial	20,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Frequência das aulas	75,00
Estudo autónomo	70,00
Trabalho escrito	5,00
Trabalho laboratorial	12,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

A aprovação na disciplina pode ser obtida por avaliação contínua ou por exame final.
A avaliação contínua e a avaliação final incluem uma componente escrita e outra laboratorial (laboratórios obrigatórios).

1 - Avaliação Contínua

1. Realização de dois Testes (T₁, T₂) com classificação mínima em ambos de 8.5 valores (T₁≥8.5 e T₂≥8.5);


2. Execução dos trabalhos laboratoriais e entrega dos respectivos relatórios no final da aula, e sua discussão em data posterior. A média das classificações obtidas nas discussões orais tem de ser maior ou igual a 8

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final (NF), que não deverá ser inferior a 10 valores para aproveitamento na uc e resulta da média ponderada das classificações obtidas no exame final ou nos testes e dos trabalhos de laboratório (NL)

Avaliação por Exame Final : 
NF=0.8E+0.2NL,
E-classificação do exame (E≥8.5)
NL-médias das classificações das discussões dos trabalhos de laboratório (NL ≥8)

Avaliação Contínua
NF=0.4(T₁+T₂)+0.2NL, 
T₁ - Classificação do 1º teste (T₁≥8.5)
T₂ - Classificação do 2º teste  (T₂≥8.5)
NL-médias das classificações das discussões dos trabalhos de laboratório (NL ≥8)

Para ter aprovação na uc a classificação final (NF) tem de ser maior ou igual a 10 valores (NF≥10). Classificações finais superiores a 14 valores são defendidas em prova oral.