5/25/2018 ENGCTRL a01 Linhas Gerais Do Curso
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Engenharia de Controle
Prof. Fernando de Oliveira Souza
Contato: Sala 2523 (BLOCO 1) e-mail: [email protected]
www.cpdee.ufmg.br/fosouza
Tercas-feiras (20h55 as 22h35) e Sextas-feiras (19h00 as 20h40)
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Aspectos Burocraticos
Livro Texto 1
R. C. Dorf and R. H. Bishop, Sistemas de Controle Modernos, 11a Ed.,
Addison Wesley, 2010.
Fernando O. Souza pag.2 Engenharia de Controle Aula 1
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Aspectos Burocraticos
Livro Texto 2
G. F. Franklin, J. D. Powel and A. Emani-Naeini, Feedback Control of
Dynamic Systems, 6a Ed., Addison Wesley, 2009.
Fernando O. Souza pag.3 Engenharia de Controle Aula 1
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Aspectos Burocraticos
Livro Complementar
K. Ogata. Engenharia de Controle Moderno, 5a Ed., Pearson, 2010.
Fernando O. Souza pag.4 Engenharia de Controle Aula 1
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Aspectos Burocraticos
Avaliacoes
Tres provas de 30 pontos cada (13/04/2012; 15/05/2012;
26/06/2012)
Exame especial (03/07/2012)
10 pontos Trabalhos/Conceito
(Pre-)Requisitos Desejaveis
Sistemas Dinamicos Lineares
Paciencia e perseveranca...
Fernando O. Souza pag.5 Engenharia de Controle Aula 1
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Controle Realimentado
Realimentacao = conexao mutua entre dois (ou
mais) sistemas
Sistema 2
Sistema 1
x(t) y(t)
Fernando O. Souza pag.6 Engenharia de Controle Aula 1
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Controle Realimentado
Sistema em Malha-Aberta
Sistema 1 Sistema 2
Fernando O. Souza pag.7 Engenharia de Controle Aula 1
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Controle Realimentado
Sistema em Malha-Fechada
Controle
Sistema
x(t) y(t)
x(t) Sinal de referencia (set-point)
y(t) Sada medida
Fernando O. Souza pag.8 Engenharia de Controle Aula 1
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Forno domestico controlado por um termostato
emp.
Desejada
Cent.+
Cperda
Temp.
na salaTermostato
Valvulade gas Forno Sala
Fernando O. Souza pag.9 Engenharia de Controle Aula 1
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Fly-ball governor
Video: Governador centrfugo
Fernando O. Souza pag.10 Engenharia de Controle Aula 1
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Ex: Velocidade de cruzeiro em um automovel
Modelo matematico: ignorando a resposta dinamica econsiderando apenas o comportamento em regime permanente
Mudanca de1 no angulo do acelerador (variavel de controle)
provoca uma mudanca de 10 mph na velocidade
Mudanca de1%no angulo da pista provoca uma reducao de 5
mph na velocidade
Fernando O. Souza pag.11 Engenharia de Controle Aula 1
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Ex: Velocidade de cruzeiro em um automovel
u Sinal de
Controle ()
+
0,5
w (% inclinacao)
10 Velocidade
de saday
Fernando O. Souza pag.12 Engenharia de Controle Aula 1
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Ex: Velocidade de cruzeiro em um automovel
u +
r 1/10
Controlador
0,5
w
10 yma
Planta
Fernando O. Souza pag.13 Engenharia de Controle Aula 1
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Ex: Velocidade de cruzeiro em um automovel
Equacao da sada
yma = 10(u 0.5w)
= 10r10
0.5w
= r 5w
Equacao do erroema = r yma
= 5w
erro em porcentagem
%ema= 500w
r
Fernando O. Souza pag.14 Engenharia de Controle Aula 1
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Ex: Velocidade de cruzeiro em um automovel
Exemplos,
Se r= 65:
e w= 0, entao yma= 65 e ema= 0
e w= 1, entao yma= 60 e ema= 5 (7.69%) e w= 2, entao yma= 55 e ema= 10 (15.38%)
Ganho do controladorexatamente igual ao inverso do ganho da planta,
erro nulo para w= 0.
Fernando O. Souza pag.15 Engenharia de Controle Aula 1
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Ex: Velocidade de cruzeiro em um automovel
u +
+
r 10
Controlador
0,5
w
10 ymf
Planta
Fernando O. Souza pag.16 Engenharia de Controle Aula 1
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Ex: Velocidade de cruzeiro em um automovel
Equacao da sada
ymf = 10(u 0.5w)
u = 10(r
ymf)Equacao da sada
ymf = 100r 100ymf 5w
101ymf = 100r 5w
ymf = 100
101r 5
101w
Equacao do erro
emf= r
101+
5w
101
Fernando O. Souza pag.17 Engenharia de Controle Aula 1
emf = r - ymf
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Ex: Velocidade de cruzeiro em um automovel
Equacao de sada
ymf =100
101
r 5
101
w
Equacao do erro
emf= r
101+
5w
101
Se r= 65e w= 0
ymf =100
10165 = 64.35 mph
emf = 65
101= 0.6435 mph(0.99%)
Fernando O. Souza pag.18 Engenharia de Controle Aula 1
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Ex: Velocidade de cruzeiro em um automovel
Equacao de sada
ymf =100
101
r 5
101
w
Equacao do erro
emf= r
101+
5w
101
Se r= 65e w= 2
ymf=100
10165
5
1012 = 64.25
emf = 65
101+
10
101= 0.7425 mph(1.14%)
Fernando O. Souza pag.19 Engenharia de Controle Aula 1
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Exemplos de Sistemas Realimentados
Telescopio Hubble
Fernando O. Souza pag.20 Engenharia de Controle Aula 1
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Exemplos de Sistemas Realimentados
Drive de Leitura
Fernando O. Souza pag.21 Engenharia de Controle Aula 1
l d Si R li d
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Exemplos de Sistemas Realimentados
Controle de direcao de um veculo com tracao independente
Fernando O. Souza pag.22 Engenharia de Controle Aula 1
E l d Si t R li t d
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Exemplos de Sistemas Realimentados
Opportunity em Marte, 2004: veculo de reconhecimento
Fernando O. Souza pag.23 Engenharia de Controle Aula 1
E l d Si t R li t d
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Exemplos de Sistemas Realimentados
Fly-by-wire Airbus A380 - controle digital
Fernando O. Souza pag.24 Engenharia de Controle Aula 1
Si t G l d C t l
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Sistema Geral de Controle
Dado ummodelodo sistema a ser controlado e um conjunto de
especificacoes, encontrar umcontrolador adequado
pertubacoes
Sistema
Controlador
atuadores sensores
sinaissinais
de atuacao medidos
sinais monitorados sinais de comando
Fernando O. Souza pag.25 Engenharia de Controle Aula 1
Motivacao e Contexto
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Motivacao e Contexto
Requerimentos Basicos
O sistema deve ser sempre estavel
Fernando O. Souza pag.26 Engenharia de Controle Aula 1
Motivacao e Contexto
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Motivacao e Contexto
Requerimentos Basicos
A sada do sistema deve rastrear o sinal de comando na entrada
Fernando O. Souza pag.27 Engenharia de Controle Aula 1
Motivacao e Contexto
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Motivacao e Contexto
Requerimentos Basicos
A sada do sistema nao deve responder a entradas de disturbio
Um exemplo muito comum e o quarto com temperatura controlada
automaticamente, cuja funcao e manter a temperatura proxima da
temperatura de referencia 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 nao for totalmente preciso, ou se adinamica do sistema fsico mudar ao longo do tempo ou devido a
mudancas ambientais.
Fernando O. Souza pag.28 Engenharia de Controle Aula 1
Motivacao e Contexto
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Motivacao e Contexto
Especificacoes de desempenho
resposta adequada aos sinais de controle atenuacao de pertubacoes
Especificacoes de controlador
Linear, simples e eficiente
metodologia de projeto? Tecnicas baseadas em transformadasdependem de experiencia, talento e sorte...
Fernando O. Souza pag.29 Engenharia de Controle Aula 1
Ferramentas Computacionais
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Ferramentas Computacionais
Utilizacao de pacotes computacionais especficos
SISOTOOL
Fernando O. Souza pag.30 Engenharia de Controle Aula 1
Linhas Gerais do Curso
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Linhas Gerais do Curso
1. Uma rapida revisao... Sistemas Dinamicos
Equacoes diferenciais de sistemas fsicos
Funcoes de transferencia de sistemas lineares
Algebra dos diagramas de blocos
Diagramas de fluxo de sinais
Modelagem matematica de sistemas fsicos
Fernando O. Souza pag.31 Engenharia de Controle Aula 1
Linhas Gerais do Curso
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Linhas Gerais do Curso
2. Desempenho de Sistemas de ControleRealimentados
Sinais de teste
Desempenho de sistemas de segunda ordem
Localizacao das razes no plano-s e sua relacao com a resposta
transitoria
Erro em estado estacionario de sistemas de controle realimentados Indices de desempenho
Fernando O. Souza pag.32 Engenharia de Controle Aula 1
Linhas Gerais do Curso
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3. Estabilidade de Sistemas Lineares Realimentados
Conceito de estabilidade
Criterio de estabilidade de Routh-Hurwitz
Estabilidade relativa de sistemas de controle realimentados -
PRIMEIRA PROVA
Fernando O. Souza pag.33 Engenharia de Controle Aula 1
Linhas Gerais do Curso
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4. Metodologias de projeto usando Lugar das Razes
Conceito do Lugar das Razes
Procedimento para determinacao do Lugar das Razes
Selecao de valores de parametros pelo metodo do Lugar das Razes
Controladores de 3 termos (PID)
Compensador de avanco
Compensador de atraso
SEGUNDA PROVA
Fernando O. Souza pag.34 Engenharia de Controle Aula 1
Linhas Gerais do Curso
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5. Metodologias de projeto no domnio dafrequencia
Estabilidade relativa e o criterio de Nyquist
Medidas da resposta em frequencia
Especificacoes de desempenho no domnio da frequencia Compensador de avanco de fase no domnio da frequencia
Compensador de atraso de fase no domnio da frequencia
Metodos empricos de projeto
TERCEIRA PROVA
Fernando O. Souza pag.35 Engenharia de Controle Aula 1
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