Engenharia de Controle

Transcrição

1 Engenharia de Controle Prof. Fernando de Oliveira Souza Contato: Sala 2523 (BLOCO 1) fosouza Terças-feiras (20h55 às 22h35) e Sextas-feiras (19h00 às 20h40)

2 Aspectos Burocráticos Livro Texto 1 R. C. Dorf and R. H. Bishop, Sistemas de Controle Modernos, 11a Ed., Addison Wesley, Fernando O. Souza pag.2 Engenharia de Controle Aula 1

3 Aspectos Burocráticos Livro Texto 2 G. F. Franklin, J. D. Powel and A. Emani-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, 6a Ed., Addison Wesley, Fernando O. Souza pag.3 Engenharia de Controle Aula 1

4 Aspectos Burocráticos Livro Complementar K. Ogata. Engenharia de Controle Moderno, 5a Ed., Pearson, Fernando O. Souza pag.4 Engenharia de Controle Aula 1

5 Aspectos Burocráticos Avaliações Três provas de 30 pontos cada (16/04/2013; 14/05/2013; 21/06/2013) Exame especial (28/06/2013) 10 pontos Trabalhos/Conceito (Pré-)Requisitos Desejáveis Sistemas Dinâmicos Lineares Paciência e perseverança... Fernando O. Souza pag.5 Engenharia de Controle Aula 1

6 Controle Realimentado Realimentação = conexão mútua entre dois (ou mais) sistemas x(t) Sistema 1 y(t) Sistema 2 Fernando O. Souza pag.6 Engenharia de Controle Aula 1

7 Controle Realimentado Sistema em Malha-Aberta Sistema 1 Sistema 2 Fernando O. Souza pag.7 Engenharia de Controle Aula 1

8 Controle Realimentado Sistema em Malha-Fechada x(t) Sistema y(t) Controle x(t) Sinal de referência (set-point) y(t) Saída medida Fernando O. Souza pag.8 Engenharia de Controle Aula 1

9 Forno doméstico controlado por um termostato C perda emp. esejada Termostato Válvula de gás C ent. + Forno Σ Sala Temp. na sala Fernando O. Souza pag.9 Engenharia de Controle Aula 1

10 Fly-ball governor Video: Governador centrífugo Fernando O. Souza pag.10 Engenharia de Controle Aula 1

11 Ex: Velocidade de cruzeiro em um automóvel Modelo matemático: ignorando a resposta dinâmica e considerando apenas o comportamento em regime permanente Mudança de 1 no ângulo do acelerador (variável de controle) provoca uma mudança de 10 mph na velocidade Mudança de 1% no ângulo da pista provoca uma redução de 5 mph na velocidade Fernando O. Souza pag.11 Engenharia de Controle Aula 1

12 Ex: Velocidade de cruzeiro em um automóvel w (% inclinação) 0,5 u Sinal de Controle ( ) + Σ 10 Velocidade de saída y Fernando O. Souza pag.12 Engenharia de Controle Aula 1

13 Ex: Velocidade de cruzeiro em um automóvel w 0,5 Planta Controlador u + r 1/10 Σ 10 y ma Fernando O. Souza pag.13 Engenharia de Controle Aula 1

14 Ex: Velocidade de cruzeiro em um automóvel Equação da saída Equação do erro y ma = 10(u 0.5w) ( r ) = w = r 5w erro em porcentagem e ma = r y ma = 5w %e ma = 500 w r Fernando O. Souza pag.14 Engenharia de Controle Aula 1

15 Ex: Velocidade de cruzeiro em um automóvel Exemplos, Se r =65: e w =0,então y ma =65e e ma =0 e w =1,então y ma =60e e ma =5(7.69%) e w =2,então y ma =55e e ma =10(15.38%) Ganho do controlador exatamente igual ao inverso do ganho da planta, erro nulo para w =0. Fernando O. Souza pag.15 Engenharia de Controle Aula 1

16 Ex: Velocidade de cruzeiro em um automóvel w Controlador + r Σ 10 0,5 u + Σ Planta 10 y mf Fernando O. Souza pag.16 Engenharia de Controle Aula 1

17 Ex: Velocidade de cruzeiro em um automóvel Equação da saída Equação da saída y mf = 10(u 0.5w) u = 10(r y mf ) y mf = 100r 100y mf 5w 101y mf = 100r 5w y mf = r w Equação do erro e mf = r w 101 Fernando O. Souza pag.17 Engenharia de Controle Aula 1

18 Ex: Velocidade de cruzeiro em um automóvel Equação de saída Equação do erro Se r =65e w =0 y mf = r w e mf = r w 101 y mf = = mph 101 e mf = = mph(0.99%) Fernando O. Souza pag.18 Engenharia de Controle Aula 1

19 Ex: Velocidade de cruzeiro em um automóvel Equação de saída Equação do erro Se r =65e w =2 y mf = r w e mf = r w 101 y mf = =64.25 e mf = = mph(1.14%) Fernando O. Souza pag.19 Engenharia de Controle Aula 1

20 Exemplos de Sistemas Realimentados Telescópio Hubble Fernando O. Souza pag.20 Engenharia de Controle Aula 1

21 Exemplos de Sistemas Realimentados Drive de Leitura Fernando O. Souza pag.21 Engenharia de Controle Aula 1

22 Exemplos de Sistemas Realimentados Controle de direção de um veículo com tração independente Fernando O. Souza pag.22 Engenharia de Controle Aula 1

23 Exemplos de Sistemas Realimentados Opportunity em Marte, 2004: veículo de reconhecimento Fernando O. Souza pag.23 Engenharia de Controle Aula 1

24 Exemplos de Sistemas Realimentados Fly-by-wire Airbus A380 - controle digital Fernando O. Souza pag.24 Engenharia de Controle Aula 1

25 Sistema Geral de Controle Dado um modelo do sistema a ser controlado e um conjunto de especificações, encontrar um controlador adequado pertubações atuadores Sistema sensores sinais de atuação sinais medidos sinais monitorados Controlador sinais de comando Fernando O. Souza pag.25 Engenharia de Controle Aula 1

26 Motivação e Contexto Requerimentos Básicos O sistema deve ser sempre estável Fernando O. Souza pag.26 Engenharia de Controle Aula 1

27 Motivação e Contexto Requerimentos Básicos Asaída do sistema deve rastrear o sinal de comando na entrada Fernando O. Souza pag.27 Engenharia de Controle Aula 1

28 Motivação e Contexto Requerimentos Básicos Asaída do sistema não deve responder a entradas de distúrbio Um exemplo muito comum é o quarto com temperatura controlada automaticamente, cuja função é manter a temperatura próxima da temperatura de referência quando a temperatura externa e vento mudam, quando as portas e janelas se abrem e fecham. Estes requerimentos devem ser cumpridos, mesmo quando o modelo utilizado no projeto não for totalmente preciso, ou se a dinâmica do sistema físico mudar ao longo do tempo ou devido a mudanças ambientais. Fernando O. Souza pag.28 Engenharia de Controle Aula 1

29 Motivação e Contexto Especificações de desempenho resposta adequada aos sinais de controle atenuação de pertubações Especificações de controlador Linear, simples e eficiente metodologia de projeto? Técnicas baseadas em transformadas dependem de experiência, talento e sorte... Fernando O. Souza pag.29 Engenharia de Controle Aula 1

30 Ferramentas Computacionais Utilização de pacotes computacionais específicos SISOTOOL Fernando O. Souza pag.30 Engenharia de Controle Aula 1

31 Linhas Gerais do Curso 1. Uma rápida revisão... Sistemas Dinâmicos Equações diferenciais de sistemas físicos Funções de transferência de sistemas lineares Álgebra dos diagramas de blocos Diagramasdefluxodesinais Modelagem matemática de sistemas físicos Fernando O. Souza pag.31 Engenharia de Controle Aula 1

32 Linhas Gerais do Curso 2. Desempenho de Sistemas de Controle Realimentados Sinais de teste Desempenho de sistemas de segunda ordem Localização das raízes no plano-s e sua relação com a resposta transitória Erro em estado estacionário de sistemas de controle realimentados Índices de desempenho Fernando O. Souza pag.32 Engenharia de Controle Aula 1

33 Linhas Gerais do Curso 3. Estabilidade de Sistemas Lineares Realimentados Conceito de estabilidade Critério de estabilidade de Routh-Hurwitz Estabilidade relativa de sistemas de controle realimentados - PRIMEIRA PROVA Fernando O. Souza pag.33 Engenharia de Controle Aula 1

34 Linhas Gerais do Curso 4. Metodologias de projeto usando Lugar das Raízes Conceito do Lugar das Raízes Procedimento para determinação do Lugar das Raízes Seleção de valores de parâmetros pelo método do Lugar das Raízes Controladores de 3 termos (PID) Compensador de avanço Compensador de atraso SEGUNDA PROVA Fernando O. Souza pag.34 Engenharia de Controle Aula 1

35 Linhas Gerais do Curso 5. Metodologias de projeto no domínio da frequência Estabilidade relativa e o critério de Nyquist Medidas da resposta em frequência Especificações de desempenho no domínio da frequência Compensador de avanço de fase no domínio da frequência Compensador de atraso de fase no domínio da frequência Métodos empíricos de projeto TERCEIRA PROVA Fernando O. Souza pag.35 Engenharia de Controle Aula 1