Apresentar aos alunos os conceitos teóricos de controle, tendo como base a abordagem clássica baseada em modelos matemáticos e a visão sistêmica de fenômenos, processos, dispositivos; em especial aplicações aeronáuticas. Apresentar os procedimentos para implementação de tais sistemas incluindo aulas de demonstração e práticas em laboratório.
Introdução aos Sistemas de Controle, Revisão sobre a transformação LAPLACE. Os métodos convencionais de controle (tipos de controle). Análise e projeto de sistemas de controle via métodos clássicos. Análise e projeto de sistemas de controle no espaço de estados (sistemas de uma entrada e uma saída). Exemplos de sistemas de aumento de estabilidade longitudinal e de aviões.
1. Introdução aos Sistemas de Controle: Revisão histórica; Exemplos de sistemas de controle; Superfícies de controle de voo; Controle de malha fechada versus controle de malha aberta. 2. Revisão sobre a Transformada de Laplace: Variáveis e funções complexas - teorema de Euler; Função exponencial, degrau, rampa, senoidal, transladada, pulso retangular, impulso e mudança de escala de tempo; Teoremas da Transformada de Laplace; Transformada Inversa de Laplace; Solução de equações diferenciais lineares e invariantes no tempo. 3. Modelagem Matemática de Sistemas Dinâmicos: Função de transferência; Integral de convolução; Função de resposta impulsiva; Modelagem no espaço de estados; Correlação entre funções de transferência e equações no espaço de estados; Linearização de modelos; Exemplo de dinâmica longitudinal do voo de um avião - modelagem do movimento do avião como um corpo rígido no espaço; as equações de estado do movimento do avião no espaço. 4. Sistemas de controle automático: Comportamento de sistemas de controle linear; D iagrama de blocos; Funções de transferência de malha aberta;Funções de transferência de malha fechada; Controladores on-off, proporcionais, integrais, derivativos, PI, PD e PID; Exemplos de sistemas dinâmicos mecânicos, elétricos e eletrônicos, pneumáticos e hidráulicos; 5. Análise da resposta em regime transitório e estacionário: Sistemas de primeira ordem; Sistemas de segunda ordem;Sistemas de ordem superior; Critério de estabilidade de Routh; Efeitos da ação de controle integral e derivativo no desempenho de sistemas; Erros estacionários em sistemas de controle com realimentação unitária; 6. Análise do Lugar das Raízes:Gráfico do Lugar das Raízes;Uso de software para desenhar o Lugar das Raízes; Sistemas com realimentação negativa ou positiva; Sistemas com múltiplas realimentações;Exemplo da dinâmica longitudinal do voo de um avião. 7. Projeto de sistemas de controle pelo Método do Lugar das Raízes;Especificações de desempenho; Compensações em série e em paralelo (por realimentação); Efeitos da adição de pólos e de zeros;Compensação por avanço de fase; Compensação por atraso de fase; Compensação por avanço e atraso de fase;Compensação em paralelo (por realimentação); Exemplo da dinâmica longitudinal do voo de um avião. 8. Análise e projeto de sistemas de controle por resposta em frequência:Diagramas de Bode;Diagramas polares; Diagramas de Nyquist;Critérios de estabilidade;Exemplo da dinâmica longitudinal do voo de um avião. 9. Análise de sistemas de controle no espaço de estados:Representação no espaço de estados em formas canônicas;Autovalores da matriz A;Não unicidade do conjunto de variáveis de estado;Transformação de função de transferência para espaço de estados;Transformação de espaço de estados para função de transferência;Solução da equação de estado invariante no tempo;Controlabilidade;Observabilidade;Exemplo da dinâmica longitudinal do voo de um avião. 10. Projeto de sistemas de controle no espaço de estados;Alocação de pólos; Determinação da matriz K;Projeto de sistema regulador;Exemplo de um sistema de aumento de estabilidade longitudinal de um avião;Projeto de um sistema seguidor;Exemplo de um sistema de controle de arfagem de um avião. Habilidades: 1. Análise de sistemas de controle: Ser capaz de analisar o comportamento de sistemas de controle, utilizando técnicas como análise de resposta transitória, análise de resposta em frequência e análise de estabilidade. 2. Projeto de controladores: Dominaras técnicas de projeto de controladores para sistemas de controle, incluindo controladores PID (Proporcional-lntegral-Derivativo) e técnicas avançadas de controle, como controle por realimentação de estado ou controle ótimo. 3. Implementação de controladores: Ter habilidades práticas para implementar controladores em sistemas reais, utilizando linguagens de programação ou ferramentas de software dedicadas. 4. Simulação e modelagem: Ser capaz de modelar sistemas físicos e simulá-los usando software de simulação, como MATLAB ou Simulink, Linguagem Python, etc., a fim de analisar e projetar controladores adequados. Competências Principais: 1. Conhecimento teórico: Possuir uma base sólida nos princípios teóricos dos sistemas de controle, incluindo conceitos como resposta transitória, resposta em frequência, estabilidade, margens de estabilidade e critérios de projeto. 2. Resolução de problemas: Ter habilidades para identificar problemas em sistemas de controle, diagnosticar possíveis causas e aplicar técnicas apropriadas para solucioná-los. 3. Pensamento crítico e análise: Ser capaz de analisar e interpretar os resultados obtidos em sistemas de controle, avaliar o desempenho do sistema, identificar possíveis melhorias e propor ajustes nos controladores. 4. Trabalho em equipe: Ser capaz de colaborar efetivamente em projetos de controle em equipe, comunicar ideias, compartilhar conhecimentos e coordenar esforços conjuntos para atingir os objetivos do projeto. 5. Atualização contínua: Demonstrar disposição para se manter atualizado em relação aos avanços e tendências em sistemas de controle, buscando aprender novas técnicas e tecnologias que possam melhorar o desempenho e a eficiência dos sistemas de controle. Lembrando que essas habilidades e competências são geralmente desenvolvidas ao longo do curso da disciplina e podem variar de acordo com o nível de aprofundamento do curso e o programa específico da instituição de ensino.
FRANKLIN, Gene: Powel, J. David; Ernani, Abbas. Feedback Contrai of Dynamic Systems. Upper Saddle River: Prentice Hall, 2006. 5ed. OGATA, Katsuhiko. Engenharia de Controle Moderno. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2003, ed. Complementar DORF, Richard C.; Bishop, Robert, Sistemas de Controle Moderno. Rio de Janeiro: LTC, 2009. 11 ed. KUO, Benjamin. Automatic contrai systems. Prentice Hall, 1995, 7 ed. DOEBELIM, Ernest. O. Control System: Principies and Design. John Wiley & Sons. 1985. GEROMEL, José C.; Falhares, Álvaro. Análise Linear de Sistemas Dinâmicos - Edgard Blücher. 2004. ROSKAN, J. - Flight Dynamics of Rigid and Elastic Airplanes. BABISTER, A.W. - Aircraft Stability and Contrai. BLACKELOCK, J.H. - Automatic Contrai of Aircraft and Missiles. Etkin, B.; Reid, L. D. - Dynamics of Flight - Stability and Contrai, 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc. 1996.