PME3481 - Controle e Aplicações (2024)

Nesta aula fazemos a introdução da disciplina apresentando seus objetivos, a carga didática, o critério de avaliação, a estrutura da disciplina e alguma bibliografia inicial. 

Nesta aula apresentamos a introdução a sistemas de controle. Inicialmente apresentamos um relato histórico muito breve das origens do controle até chegar aos nossos dias. Em seguida, introduzimos os conceitos do controle de malha aberta e malha fechada onde apresentamos os principais elementos de sum sistema controlado. 

Durante a aula serão solicitadas algumas tarefas para casa para fixação dos conceitos. Os alunos terão uma semana para fazer o upload das soluções individuais.

Nesta e na próxima aula faremos uma breve recordação da representação de sistemas no Espaço de estados. A aula abordará o seguinte:

      *  Propriedades

•  Solução Numérica

Durante a aula serão apresentados exercícios a serem resolvidos para fixação de conceitos e recordação. Os exercícios  deverão ser entregues até o início da aula do dia  04/04.

Nesta aula introduzimos dois importantes conceitos do controle no Espaço de Estados: a Controlabilidade e a Observabilidade.

Iniciaremos apresentando as motivações  que levaram ao desenvolvimento destes conceitos por Rudolph Kalman.

Nesta aula formalizamos os testes algébricos para a testagem da Controlabilidade e Observabilidade  de sistemas dinâmicos controlados. Deduziremos as expressões da  matrizes de controlabilidade e observabilidade e ilustraremos com alguns exemplos. Durante a aula serão solicitados exercícios para a fixação dos novos conceitos.

Nesta aula apresentamos a síntese de um controlador pelo método da alocação de polos. Apresentamos os conceitos envolvidos e a seguir o método de alocação de Ackerman para sistemas de ordem elevada.

Apresentamos alguns exemplos. 

Nesta aula apresentamos a solução do problema do regulador no EE usando a abordagem Linear Quadrática.

 Deduziremos a expressão do controle ótimo LQR usando o Princípio de Pontryagin. 

O comando LQ do Scilab é um comando muito versátil, mas não muito amigável. Neste pequeno arquivo, que será apresentado em aula, explicamos como utilizá-lo.

Nesta aula introduzimos os controladores para acompanhamento de referência (rastreadores).

Inicialmente apresentamos o rastreador de sinal constante. 

Na próxima aula apresentaremos os rastreadores para sinais variantes no tempo e para sistema sujeito a distúrbios.

Nesta aula apresentamos os conceitos de Observadores de Estado. Quando o estado completo não está disponível é preciso reconstruí-lo. Usaremos para isto o Observador de Ordem completa de Luemberger. 

Apresentaremos os conceito do Princípio da Separação, que permite projetar o controlador e o 

observador separadamente e depois acoplá-los.

Apresentaremos os controladores  desenvolvidos no domínio da frequência para sistemas SISO, que são os controladores mais usados na indústria.

Apresentaremos nesta primeira aula os controladores liga-desliga, Proporcional, Derivativo e Integral e suas combinações.

Para um estudo de suas características, faremos uma breve recordação do tipo e do erro em Regime Permanente. 

Nesta aula apresentamos os dois métodos de sintonia de PIDs de Ziegler-Nichols:

a) O método da curva de reação

b) O método do ganho crítico

Nesta aula apresentamos de forma bem rápida como reduzir a ordem de um sistema, o que pode ser útil como último recurso na sintonia de controladores PID, mitigando o problema de sistemas sobredeterminados.

Através d conceito da equação característica mostraremos como alocar polos de um sistema controlado usando PIDs.

Nesta aula apresentamos a sintonia de controladores PID usando o método do controle ótimo, onde vamos nos ater ao controlador ITAE, por suas características interessantes.

Na segunda parte da aula vamos ilustrar o uso das interfaces gráficas dos softwares como o Matlab --> Simulink e Scilab --> Scicos

Vamos apresentar o conceito do Lugar das Raízes (root-locus)  e usá-los para desenhar os gráficos de lugar das raízes, com os quais podemos sintonizar controladores PID.

Na aula são apresentados exemplos ilustrativos.

Nesta aula apresentamos o Método de Nyquist. Para tanto fazemos uma breve introdução sobre Funções Complexas e depois apresentamos o Critério de Estabilidade de Nyquist para avaliação da estabilidade  absoluta de sistemas usando este método. Nas aulas seguintes concluiremos a apresentação deste conteúdo falando sobre a estabilidade relativa. As aulas são ilustradas com diversos exemplos. O conteúdo sobre a Estabilidade Relativa é apresentado num próximo arquivo. 

Nesta aula apresentamos o conteúdo final sobre o Método de Nyquist, que consiste na definição da Estabilidade Relativa. Introduziremos os conceitos de Margem de Fase e Margem de ganho com os quais mediremos a estabilidade relativa de um sistema de controle em malha fechada. Ilustramos as medidas no próprio diagrama de Nyquist e nos diagramas de Bode.

Nesta aula introduzimos os Compensadores de avanço e atraso. Apresentamos os conceitos envolvidos e sintetizamos compensadores usando os gráficos de Bode. 

Nesta aula, sintonizamos Compensadores de Avanço e Atraso usando  o root-locus. Apresentamos e ilustramos os procedimentos por meio de exemplos simples.