Automàtica i Control
Anuncio
ENGINYERIA AERONÀUTICA AUTOMÀTICA CONTROL I Guia de l’assignatura ENGINYERIA AERONÀUTICA 30024 Automàtica i Control. Guia de l’assignatura Aprovada en C.A.A de data 7/06/06 Modificada en CAA de data 27/05/09 1 Crèdits: 6 ( 3 teoria + 3 pràctiques) Tipus: Obligatòria Crèdits ECTS: 4,8 Coordinador: Fatiha Nejjari (fatiha.nejjari@upc.edu) Altres Professors: Bernardo Morcego (bernado.morcego@upc.edu) Jordi Damunt (jordi.damunt@upc.edu) Departament: Enginyeria de Sistemes, Automàtica i Electrònica Industrial Presentació Coneixements previs Equacions diferencials Lineals, transformada de Laplace, Àlgebra de polinomis i matrius, nocions bàsiques de Dinàmica i Mecànica i Electrònica. Camps professionals La teoria de Control i Automàtica presentada serveix per a tots els camps de l'Enginyeria, però en aquest curs està enfocada al de l'Enginyeria Aeroespacial. Relació amb altres assignatures L'automàtica i el control són conceptes transversals que estan relacionats amb la majoria dels sistemes dinàmics i el seu estudi. Per aquest motiu la relació d’aquesta assignatura es dóna amb assignatures posteriors en què es tracten sistemes dinàmics, com per exemple sistemes elèctrics i electrònics, vehicles aeroespacials i motors, disseny d’avions, disseny d’helicòpters i aeronaus diverses, etc. Objectius generals Adquirir els coneixements bàsics per a modelitzar, analitzar i dissenyar sistemes de Control Automàtic. Es donarà fonamental importància als conceptes d'estabilitat i rendiment en sistemes a llaç tancat i les limitacions del mateix. Ús de l'ordinador per implementar els conceptes anteriors en exemples d'aplicació. Temari Mòdul 1: Modelat de sistemes dinàmics Introducció als Sistemes de Control (2 h) • • • Motivació Concepte de realimentació Sistema físic, Model i Incertesa. Pertorbacions externes ENGINYERIA AERONÀUTICA 30024 Automàtica i Control. Guia de l’assignatura Aprovada en C.A.A de data 7/06/06 Modificada en CAA de data 27/05/09 • Representació i Modelat de sistemes dinàmics (6 h) • • • • • • • • • • Representació externa: Funció de transferència Representació interna: Variables d'estat Relació entre representació d’estat i funció de transferència Diagrama de blocs Simplificació de diagrames de blocs Linealització de sistemes no lineals Sistemes Elèctrics Sistemes mecànics Sistemes Tèrmics Sistemes Aeroespacials Mòdul 2: Anàlisis de sistemes Anàlisis de la resposta temporal i freqüencial (6 h) • • • • • Resposta temporal de sistemes de 1r ordre, 2n ordre i ordre superior Resposta temporal de models en variables d’estat: respostes llibre i forçada Respostes freqüencials de sistemes Diagrama de Bode Diagrama de Nyquist Estabilitat i prestacions (6 h) • • • • • • • Estabilitat entrada-sortida (E/S) Criteri d’estabilitat de Routh Estabilitat mitjançant diagrama de Nyquist Estabilitat interna Estabilitat en l’espai d’estat Sensibilitat i limitacions del llaç de control (S+T=1) Error i precisió. Tipus de sistemes Mòdul 3: Control de sistemes Accions bàsiques de control (1 h) • • • • • Control proporcional P Control proporcional-intergral PI Control proporcional-derivatiu PD Control proporcional-integral-derivatiu PID Mètode d’ajust empíric per Ziegler-Nichols Disseny de controladors (9 h) • • • • 2 Sistemes lineals/no lineals, de temps discret/continu, 1 entrada/sortida (SISO) o múltiples entrades/sortides (MIMO), paràmetres concentrats o distribuïts. Control per assignació de pols Control basat en la resposta freqüencial Control per realimentació d'estats Controlabilitat i matriu de controlabilitat ENGINYERIA AERONÀUTICA 30024 Automàtica i Control. Guia de l’assignatura Aprovada en C.A.A de data 7/06/06 Modificada en CAA de data 27/05/09 • 3 Mètode per a la selecció de guanys: polinomi característic, forma canònica de controlabilitat i fórmula de Ackermann Objectius específics dels Mòduls • Mòdul 1 Concepte de realimentació i diferències entre Sistema físic, Model matemàtic. Concepte d’incertesa en el modelat i de pertorbacions externes. Components dels Sistemes Aeroespacials. • Mòdul 2 Entendre la limitació bàsica de tot sistema de control realimentat: S+T=1. Respostes temporals i freqüencials de sistemes de primer, 2n ordre i ordre superior. Ús dels diagrama de Bode i de Nyquist en la descripció i anàlisi de sistemes. • Mòdul 3 Estudi d’accions bàsiques de control i mètodes empírics d’ajust de paràmetres del controlador. Disseny de controladors basats en models en representació externa per assignació de pols en el domini temporal o marges de guany i fase en el domini freqüencial així com per realimentació d’estat en el cas de representacions internes. Metodologia de treball 1. Les classes teòriques presentades pel professor. 2. Les pràctiques de laboratori 3. Les classes pràctiques d’exercicis Pràctiques, laboratoris • Pràctica 1: Resposta temporal de sistemes dinàmics. Modelització i característiques dinàmiques i estàtiques. La funció de transferència del sistema. En aquesta pràctica es pretén entendre el concepte de modelització, simular i trobar el model de diferents sistemes dinàmics. Diferenciar entre característiques dinàmiques i estàtiques. Diferenciar entre comportaments dinàmics de primer ordre i segon ordre, i entendre el concepte de comportament no lineal en un procés. • Pràctica 2: Realimentació en sistemes dinàmics. Llaç obert i tancat. Error estacionari i pertorbacions. Es pretén entendre el concepte de realimentació, els seus avantatges i inconvenients. • Pràctica 3: Resposta freqüencial i robustesa Diagrama de Bode i marges d'estabilitat. En aquesta pràctica es pretén entendre com es pot determinar experimentalment un diagrama de Bode a partir de proves experimentals. Trobar el diagrama de Bode del sistema amb el qual es treballa, i fer l'estudi d'estabilitat d'aquest en llaç tancat a partir del diagrama de Bode en llaç obert i altres mètodes. ENGINYERIA AERONÀUTICA 30024 Automàtica i Control. Guia de l’assignatura Aprovada en C.A.A de data 7/06/06 Modificada en CAA de data 27/05/09 • 4 Pràctica 4: Control PID de processos. Aquesta pràctica té com a finalitat, entendre la necessitat del control automàtic, reconèixer i preveure els efectes d'una acció de control Proporcional, Integral i Derivatiu sobre una entrada qualsevol d'un controlador tipus PID clàssic. • Pràctica 5: Control d'un helicòpter. Control d'un helicòpter de laboratori amb realimentació d'estat. Organització en Mòduls i temps de dedicació de l'estudiant Mòdul Mòdul 1: Introducció i Models dinàmics Mòdul 2: Anàlisis de sistemes Mòdul 3: Disseny de controladors Temps de classe 8 hores 10 hores 12 hores Temps D'estudi 8 hores 10 hores 12 hores Temps total 16 20 24 Materials Bibliografia bàsica (qualsevol d’ells) APUNTES DE DINÁMICA DE SISTEMAS, Ricard Villà, CPDA ETSEIB (UPC). SISTEMAS MODERNOS DE CONTROL. Richard C. Dorf. Edit. Addison-Wesley, Iberoamericana. 1989. INGENIERÍA DE CONTROL MODERNA, Katsuhiko Ogata., Ogata, Katsuhiko., 3a ed. ,ISBN:970-170048-1 Bibliografia complementària FEEDBACK SYSTEMS: AN INTRODUCTION FOR SCIENTISTS AND ENGINEERS, Karl Aström, Richard Murray, http://www.cds.caltech.edu/~murray/amwiki/index.php?title=Version_2.10b CONTROL SYSTEM. DESIGN, Goodwin G., Graebe S., Salgado M., Prentice Hall (2000). FEEDBACK CONTROL OF DYNAMIC SYSTEMS, Franklin G., Powell J., Emani-Naeimi A., Addison Wesley, 1986 SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE CONTROL. Benjamín C. Kuo. Edit. Cecsa. 1991 Avaluació N f = 0.35 x Nep + 0.35 x Nef + 0.3 x Np Nf: Nota final ; Nep: Nota examen parcial ; Nef : Nota examen final ; Np: Nota de pràctiques
