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 - 62
Idioma de ensino
Inglês
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, podendo ser necessário um esforço adicional de autoestudo, para o qual será sugerida bibliografia específica.
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 + 0,1*Q + 0,4*L
- Testes (T): a componente teórico-prática assentará principalmente em dois testes.
- Questionários online (Q): pequenos questionários no moodle e outras ferramentas de avaliação online.
- Laboratórios (L): trabalhos de laboratório para aprofundar a compreensão, aplicados a cenários concretos.
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 Laboratórios (L) será considerada a nota da avaliação laboratorial.
A nota mínima nas componentes T e L é de 9,5 em 20 valores.
Conteúdo
M1. Introdução, sinais e sistemas
M1.1. Veículos aeroespaciais, sinais e sistemas
M1.2. Análise nos dominios do tempo e frequência
M2. Controlo clássico de sistemas SISO
M2.1. Desenho de controladores com root-locus
M2.2. Margens de estabilidade e critério de Nyquist
M2.1. Moldagem do ganho de malha
M3. Modelação e controlo no espaço de estados
M3.1. Modelos MIMO em espaço de estados e sua análise
M3.3. Desenho de regulador linear quadrático (LQR)
M4. Modelação de veículos aeroespaciais
M4.1. Dinâmica e cinemática de corpos rígidos
M4.2. Exemplos de veículos aéreos
M4.3. Exemplos de veículos espaciais
M5. Análise e desenho de controladores MIMO
M5.1. Análise modal e SVD de sistemas MIMO
M5.2. Desenho de controladores Hinf
M5.3. Implementação de controladores e exemplos