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Júpiter - Sistema de Gestão Acadêmica da Pró-Reitoria de Graduação


Escola de Engenharia de São Carlos
 
Engenharia Aeronáutica
 
Disciplina: SAA0168 - Sistemas de Controle de Aeronaves I
Aircraft Flight Control Systems I

Créditos Aula: 4
Créditos Trabalho: 0
Carga Horária Total: 60 h
Tipo: Semestral
Ativação: 01/01/2024 Desativação:

Objetivos
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.
 
 
 
Docente(s) Responsável(eis)
1117972 - Glauco Augusto de Paula Caurin
2969112 - Jorge Henrique Bidinotto
 
Programa Resumido
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.
 
 
 
Programa
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.
 
 
 
Avaliação
     
Método
Aulas expositivas teóricas, aulas práticas em Laboratório Didático e em Sala de Informática, elaboração de relatórios e listas de exercícios. Poderão ser realizadas viagens didáticas a empresas ou instituições com atividades no setor Industrial, de Automação e Controle, de Projetos e em especial no setor Aeronáutico.
Critério
Média ponderada maior ou igual a 5,0 (cinco) das notas obtidas em provas, relatórios e trabalhos em grupo. Avaliação: Desenvolvimento de exercícios e desafios ligados às aulas e tópicos individuais ao longo do semestre. Desenvolvimento de projeto envolvendo os conceitos de controle em uma aplicação que ilustra a sua inserção em questões e problemas de engenharia. Verificação de fundamentos através de prova individual ao final do semestre. Critério de Aprovação: Extraídos do desempenho dos alunos de forma geral ou em grupo quando da realização de projetos, exercícios, simulações, atividade em laboratório e avaliações entre outras possibilidades.
Norma de Recuperação
Os critérios de avaliação da recuperação devem ser similares aos aplicados durante o semestre regular do oferecimento da disciplina; 1) A nota final (MF) do aluno que realizou provas de recuperação dependerá da média do semestre (MS) e da média das provas de recuperação (MR), como segue: d) MF=5 se 5 ≤MR ≤ (10 - MS); e) MF = (MS + MR) / 2 se MR > (10 – MS) f) MF = MS se MR < 5. 2) O período de recuperação das disciplinas deve se estender do início até um mês antes do final do semestre subsequente ao da reprovação do aluno em primeira avaliação.
 
Bibliografia
     
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.
 

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