Modelação e Controlo de Veículos Aeroespaciais
Objetivos
Nesta unidade curricular pretende-se que os alunos fiquem com uma visão global dos principais tipos de veículos aeroespaciais e os usados para a sua modelação análise e controlo, compreendendo as potencialidades destes mas também as suas limitações. Em simultâneo, os alunos irão desenvolver conhecimento prático e experiência no desenho e implementação de estratégias de controlo concretas para este ipo de veículos.
Neste sentido, os resultados de aprendizagem pretendidos para esta unidade curricular são os seguintes:
OA1. Rever as ferramentas classicas de análise e projeto de sistemas de controlo;
OA2. Formular modelos de sistemas de controlo para veículos aéreos e espaciais simples;
OA3. Analisar e projetar sistemas de controlo utilizando técnicas em espaço de estados;
OA4. Analisar e projetar sistemas de controlo utilizando técnicas MIMO no domínio de frequência;
OA5. Desenvolver soluções para problemas concretos em sistemas de controlo aeroespaciais.
Caracterização geral
Código
13141
Créditos
6.0
Professor responsável
Bruno João Nogueira Guerreiro
Horas
Semanais - 4
Totais - 56
Idioma de ensino
Português
Pré-requisitos
Os alunos devem ter uma boa formação de base em Algebra Linear e Análise Matemática, típicas da maioria dos alunos de engenharia. Frequência de unidades curriculares introdutórias sobre sinais, sistemas e controlo são aconselhadas mas não são um requisito absoluto.
Bibliografia
Recomendada:
- Slides das aulas teóricas, Bruno Guerreiro, 2023.
- S. Skogestad and I. Postlethwaite. Multivariable Feedback Control: Analysis and Design, 2nd Edition, John Wiley & Sons, 2005. https://folk.ntnu.no/skoge/book/
- A. Tewari. Advanced control of aircraft, spacecraft and rockets. John Wiley & Sons, 2011.
Complementar:
- Exercise Book, Bruno Guerreiro, 2023.
- Project assignment, Bruno Guerreiro, 2023.
- K. Åström and Richard M. Murray. Feedback systems: An Introduction for Scientists and Engineers, 2nd Ed., Princeton university press, 2021. URL: https://press.princeton.edu/books/hardcover/9780691193984/feedback-systems
- J. P. Hespanha, Linear Systems, 2nd Ed., Princeton University Press, 2018.
- J. M. Lemos, Controlo no Espaço de Estados, IST Press, 2019.
- MATLAB Primer: https://www.mathworks.com/help/pdf_doc/matlab/getstart.pdf
Método de ensino
A disciplina está organizada em aulas teórico-práticas e aulas de práticas. Nas aulas teórico-práticas são introduzidos os conceitos e aplicados em casos concretos de um ponto de vista analítico. Em complemento, as aulas práticas (ou de laboratório), são direcionadas para o trabalho sobre outors problemas analíticos típicos dos tópicos abordados nas aulas TP, bem como para o desenvolvimento e implementação de técnicas aplicadas a casos concretos, tendo em vista o seu teste experimental a consequente análise dos resultados.
Está previsto que a unidade possa funcionar em modo de Blended-Learning (B-Learning), onde uma breve introdução dos conteúdos é feita de forma assíncrona com recurso ao Moodle, enquanto as aulas síncronas (presenciais ou online) são usadas para a consolidação de conteúdos, esclarecimento de dúvidas e para a resolução de problemas mais complexos. O uso de técnicas de aprendizagem ativa será também fomentado.
Método de avaliação
A nota final (F) é calculada da seguinte forma: F = 0,5*T + 0,15*Q + 0,35*P
- Testes (T): a componente teórico-prática assentará principalmente nem dois testes.
- Questionários (Q): pequenos questionários no moodle e outras ferramentas de avaliação online.
- Projeto (P): trabalho de projeto para aprofundar a compreensão, aplicado a um cenários concreto.
As componentes de avaliação Testes (T) e Questionários online (Q) são consideradas a componente teórico-prática, pelo que os alunos terão também o exame final como alternativa. A nota obtida nos Projetos (P) será considerada a nota da avaliação laboratorial.
Conteúdo
M1. Introdução e Revisões
M1.1. Motivação, aplicações e classificação de veículos aeroespaciais
M1.2. Análise e design de sistemas de controlo clássicos
M2. Modelação de Veículos Aeroespaciais
M2.1. Formulação em espaço de estados de sistemas dinâmicos
M2.2. Referenciais, dinâmica e cinemática de corpos rígidos
M2.3. Exemplos de veículos aeroespaciais e modelos
M3. Análise e Síntese no Domínio do Tempo
M3.1. Pontos de equilíbrio, linearização e gráficos de fase
M3.2. Modelos de espaço de estados discretos e métodos de discretização
M3.3. Controlabilidade, observabilidade, estabilidade e desempenho
M3.4. Design de controlo com controladores PID em cascata e LQR
M4. Análise e Síntese no Domínio da Frequência MIMO
M4.1. Matrizes de transferência e decomposição modal SVD
M4.2. Análise e síntese da resposta em frequência MIMO
M4.3. Análise e síntese nominal e robusta