PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO MECATRÔNICA ENG3502 SISTEMAS DE CONTROLE II

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1 PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO MECATRÔNICA ENG3502 SISTEMAS DE CONTROLE II PROF. MARCOS LAJOVIC CARNEIRO /1 Turma A01/1 PLANO DE ENSINO DADOS DA DISCIPLINA Código Créditos CH Período Pré-requisito ENG h 8 ENG3502 EMENTA Análise e projeto de sistemas de controle pelo método do lugar das raízes. Análise e projeto de sistemas de controle pela representação em espaço de estados. Introdução ao sistema de controle multivariável. Objetivos Gerais Aperfeiçoamento técnicas de controle em malha fechada através de ferramentas matemáticas e projeto de controladores. Objetivos Específicos Estudo de erros em sistemas de controle. Cálculo do lugar das raízes. Ajuste de ganho. Projeto de compensadores. Projeto no espaço dos estados. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 7. Erros de Estado Estacionário 7.1 Introdução 7.2 Erro de Estado Estacionário de Sistemas com Retroacão Unitária 7.3 Constantes de Erro Estático e Tipo de Sistema 7.4 Especificações de Erro de Estado Estacionário 7.5 Erros de Estado Estacionário Devidos a Perturbações 7.6 Erro de Estado Estacionário para Sistemas com Retroacão Não-unítária 7.7 Sensibilidade 7.8 Erro de Estado Estacionário de Sistemas no Espaço de Estados 8. Técnicas do Lugar das Raízes 8.1 Introdução 8.2 Definindo o Lugar das Raízes 8.3 Propriedades do Lugar das Raízes 8.4 Esboçando o Lugar das Raízes 8.5 Refinando o Esboço 8.6 Um Exemplo 8.7 Projeto de Resposta Transitória Através do Ajuste de Ganho 8.8 Lugar das Raízes Generalizado 8.9 Lugar das Raízes para Sistemas com Retroação Positiva 8.10 Sensibilidade dos Pólos 9. Projeto por Intermédio do Lugar das Raízes 9.1 Introdução 9.2 Melhorando o Erro de Estado Estacionário Através da Compensação em Cascata 9.3 Melhorando a Resposta Transitória Através da Compensação em Cascata 9.4 Melhorando o Erro de Estado Estacionário e a Resposta Transitória 9.5 Compensação por Retroação 9.6 Realização Física da Compensação 10. Técnicas de Resposta de Frequência 10.1 Introdução 10.2 Aproximações Assintóticas: Gráficos de Bode

2 10.3 Introdução ao Critério de Nyquist 10.4 Esboçando o Diagrama de Nyquist 10.5 Estabilidade por Intermédio do Diagrama de Nyquist 10.6 Margem de Ganho e Margem de Fase por Intermédio do Diagrama de Nyquist 10.7 Estabilidade, Margem de Ganho e Margem de Fase por Intermédio dos Gráficos de Bode 10.8 Relação entre Resposta Transitória a Malha Fechada e Resposta de Frequência a Malha Fechada 10.9 Relação entre Respostas de Frequência a Malha Aberta e a Malha Fechada Relação entre Respostas Transitória a Malha Fechada e de Frequência a Malha Aberta Características de Erro de Estado Estacionário a Partir da Resposta de Frequência Sistemas com Retardo Obtendo Funções de Transferência Experimentalmente 11.3 Compensação por Atraso de Fase 11.4 Compensação por Avanço de Fase 11.5 Compensação por Atraso e Avanço de Fase 12. Projeto no Espaço de Estados 12.1 Introdução 12.2 Projeto do Controlador 12.3 Controlabilidade 12.4 Abordagens Alternativas para o Projeto do Controlador 12.5 Projeto do Observador 12.6 Observabilidade 12.7 Abordagens Alternativas para o Projeto de Observadores 12.8 Projeto de Erro de Estado Estacionário por Intermédio do Controle Integral 11. Projeto por Intermédio da Resposta de Frequência 11.1 Introdução 11.2 Resposta Transitória por Intermédio do Ajuste de Ganho AED: - Implementação de um controle PID físico - Exercícios fora de sala de aula Cronograma: PRELEÇÃO Dia Atividade Fevereiro 11 Capitulo 7 - Parte 1 18 Capitulo 7 - Parte 2 Março 4 Capítulo 8: Parte 1 11 Capítulo 8: Parte 2 18 Prova 1: Capítulo 7, 8 25 Capítulo 9: Parte 1 Abril 1 Capítulo 9: Parte 2 8 Prova 2: Capítulo 9 29 Capítulo 10: Parte 1 - Pedir AED3 Maio 6 Capítulo 10: Parte 2 13 Capítulo 11: Parte 1 20 Prova 3: Capítulo 10 e 11

3 27 Capítulo 11: Parte 2 Junho 3 Capítulo 12: Parte 1 10 Prova 4: Capítulo 11 e Correção da prova e entrega de notas LABORATÓRIO Dia Fevereiro Março Atividade Primeira Aula - Ementa, cronograma, avaliação, conhecer a turma, introdução da matéria 13 do semestre - AED5 Projeto PID 20 Laboratório 1 - Cap 7 - LAB1 6 Laboratório 1 - Cap 7 - LAB2 13 Laboratório 2 - Cap 8 - LAB1 20 Laboratório 3 - Cap 8 - LAB2 27 Laboratório 4 - Cap 9 - LAB1 Abril Maio 3 Laboratório 5 - Cap 9 - LAB2 10 Laboratório 6 - Cap 9 - LAB3 17 Laboratório 7 - Cap 10 - LAB1 24 Laboratório 8 - Cap 10 - LAB2 8 Laboratório 9 - Cap 11 - LAB1 15 Laboratório 10 - Cap 11 - LAB2 22 Laboratório 11 - Cap 11 - LAB3 Junho 5 Laboratório 12 - Cap 12 - LAB1 12 Laboratório 13 - Apresentação de trabalhos de PID 19 Correção da prova e entrega de notas 26 Correção da prova e entrega de notas Conteúdos Aulas de preleção Capitulo 7 - Parte 1 - AED5 Projeto PID, Erro de Estado Estacionário de Sistemas com Retroacão Unitária, Constantes de Erro Estático e Tipo de Sistema, Especificações de Erro de Estado 1 Estacionário

4 2 Capitulo 7 - Parte 2 - AED1, Erros de Estado Estacionário Devidos a Perturbações, Erro de Estado Estacionário para Sistemas com Retroacão Não-unítária, Sensibilidade, Erro de Estado Estacionário de Sistemas no Espaço de Estados Capítulo 8: Parte 1 - Definindo o Lugar das Raízes, Propriedades do Lugar das Raízes, Esboçando 3 o Lugar das Raízes, Refinando o Esboço Capítulo 8: Parte 2 - Projeto de Resposta Transitória Através do Ajuste de Ganho, Lugar das Raízes Generalizado, Lugar das Raízes para Sistemas com Retroação Positiva, Sensibilidade dos 4 Pólos 5 Prova 1: Capítulo 7, 8 6 Capítulo 9: Parte 1 - AED2 - Melhorando o Erro de Estado Estacionário Através da Compensação em Cascata, Melhorando a Resposta Transitória Através da Compensação em Cascata Capítulo 9: Parte 2 - Melhorando o Erro de Estado Estacionário e a Resposta Transitória, 7 Compensação por Retroação, Realização Física da Compensação 8 Prova 2: Capítulo Capítulo 10: Parte 1 - AED3 - Aproximações Assintóticas, Critério de Nyquist, Diagrama de Nyquist, Estabilidade por Intermédio do Diagrama de Nyquist, Margem de Ganho e Margem de Fase por Intermédio do Diagrama de Nyquist Capítulo 10: Parte 2 - Estabilidade, Margem de Ganho e Margem de Fase por Intermédio dos Gráficos de Bode, Relação entre Resposta Transitória a Malha Fechada e Resposta de Frequência a Malha Fechada, Relação entre Respostas de Frequência a Malha Aberta e a Malha Fechada, Relação entre Respostas Transitória a Malha Fechada e de Frequência a Malha Aberta, Características de Erro djo Estado Estacionário a Partir da Resposta de Frequência, Sistemas com Retardo, Obtendo Funções de Transferência Experimentalmente Capítulo 11: Parte 1 - AED4 - Projeto por Intermédio da Resposta de Frequência, Resposta 11 Transitória por Intermédio do Ajuste de Ganho, 12 Prova 3: Capítulo 10 e Capítulo 11: Parte 2 - Compensação por Atraso de Fase, Compensação por Avanço de Fase, Compensação por Atraso e Avanço de Fase Capítulo 12: Parte 1 - Projeto no Espaço de Estados, Projeto do Controlador, Controlabilidade, 14 Observabilidade, Projeto de Erro de Estado Estacionário por Intermédio do Controle Integral 15 Prova 4: Capítulo 11 e Correção da prova e entrega de notas Atividades de laboratório 1 Laboratório 1 - Cap 7 - LAB1 - Cálculo do erro de estado estacionário 2 Laboratório 1 - Cap 7 - LAB2 - Cálculo de ganho K para atender uma especificação de erro 3 Laboratório 2 - Cap 8 - LAB1 - Traçando lugar das raizes 4 Laboratório 3 - Cap 8 - LAB2 - Especificação de ganho K para o traçado do lugar das raizes 5 Laboratório 4 - Cap 9 - LAB1 - Projeto de controladores PD 6 Laboratório 5 - Cap 9 - LAB2 - Projeto de compensador por avanço de fase 7 Laboratório 6 - Cap 9 - LAB3 - Projeto de compensador por avanço de fase 2 8 Laboratório 7 - Cap 10 - LAB1 - Construção de gráficos de Bode, 9 Laboratório 8 - Cap 10 - LAB2 - Construção de gráficos de Nyquist 10 Laboratório 9 - Cap 11 - LAB1 - Projeto de ajuste de ganho sobre os diagramas de Bode 11 Laboratório 10 - Cap 11 - LAB2 - Projeto de compensador de atraso de fase

5 12 Laboratório 11 - Cap 11 - LAB3 - Projeto de compensador de atraso e avanço de fase 13 Laboratório 12 - Cap 12 - LAB1 - Projeto de ganho do controlador através da alocação de pólos 14 Laboratório 13 - Apresentação de trabalhos de PID MATERIAL E RECURSOS UTILIZADOS: Quadro, projetor (datashow), equipamentos do laboratório, computador. Site do professor no host da PUC-GO METODOLOGIA: Aulas expositivas e/ou ativas, aulas de laboratório, exercícios didáticos, simulações, implementações práticas. AVALIAÇÃO N1 Listas de exercícios: 15% Laboratório: 25% Provas teóricas: P1 em 17/março (30%) + P2 em 18/abril (30%) N2 Listas de exercícios: 10% Laboratório: 20% Provas teóricas: P3-12/maio (25%) + P4 em 20/junho (25%) Projeto: 20% N2 = 90%.(N2 ) + 10%.(Prova Interdisciplinar) Média final = 40%N1+60%N2 BIBLIOGRAFIA BÁSICA ***Livro texto principal: NISE, N. S. Engenharia de sistemas de controle. 5.ed. Rio de Janeiro: LTC, DORF, R. C. Sistemas de controle modernos. 11.ed. Rio de Janeiro: LTC, OGATA, K. Engenharia de controle moderno. 4.ed. Rio de Janeiro: Prentice-Hall, BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR BAZANELLA, A. S. Sistemas de controle: princípios e métodos de projeto. São Paulo: Empório do Livro, CAMPOS, M. M.; SAITO, K. Sistemas inteligentes em controle e automação de processos. Rio de Janeiro: Ciência Moderna, CARVALHO, J. L. M.. Sistemas de controle automático. Rio de Janeiro: LTC, HEMERLY, E. M. Controle por computador de sistemas dinâmicos. 2.ed. São Paulo: Edgard Blucher, OGATA, K. MATLAB for control engineers. Rio de Janeiro: Prentice Hall