Curso de Servomecanismos

Aula 1 • Unidades Físicas e Variáveis do Sistema

Estabelece as grandezas físicas — posição, velocidade, binário e corrente — utilizadas na análise de servos. Garante a consistência de unidades para a modelação matemática posterior.

Aula 2 • Componentes Principais de um Servomecanismo

Identifica atuadores, sensores, controladores e elementos da planta dentro de uma malha de servo. Liga cada componente ao seu papel funcional.

Aula 3 • Introdução aos Sistemas de Controlo

Define o controlo em malha aberta vs. malha fechada e estabelece por que razão o retorno é essencial. Define o vocabulário utilizado ao longo do curso.

Aula 1 • Transformada de Laplace e Funções de Transferência

Converte equações diferenciais no domínio do tempo em funções de transferência no domínio s. Permite a manipulação algébrica da dinâmica do sistema.

Aula 2 • Equações Diferenciais para Sistemas Mecânicos

Aplica as leis de Newton para derivar equações de movimento para cargas rotativas e translacionais. Estabelece a base matemática para a derivação da função de transferência.

Aula 3 • Modelação de Circuitos Elétricos

Modela circuitos de armadura de motores DC e etapas de amplificador utilizando as leis de Kirchhoff. Liga a dinâmica elétrica às equações de carga mecânica.

Aula 4 • Validação e Simplificação de Modelos

Compara previsões do modelo com dados medidos e aplica técnicas de redução de ordem. Garante que os modelos são precisos e computacionalmente tratáveis.

Aula 1 • Entradas de Teste Padrão e Resposta do Sistema

Define entradas de degrau, rampa e parábola e deriva as respostas de saída correspondentes. Fornece uma base consistente para comparar o desempenho do sistema.

Aula 2 • Análise de Erro em Regime Estacionário

Calcula as constantes de erro de posição, velocidade e aceleração para diferentes tipos de sistema. Determina como o tipo de sistema afeta a precisão do seguimento.

Aula 3 • Especificações de Resposta Transitória

Quantifica o tempo de subida, o tempo de pico, a sobreelevação e o tempo de estabelecimento a partir das respostas ao degrau. Liga estas métricas ao coeficiente de amortecimento e à frequência natural.

Aula 1 • Avaliação da Margem de Ganho e de Fase

Define a margem de ganho e a margem de fase como indicadores quantitativos de estabilidade. Estabelece orientações de margem mínima para um funcionamento robusto do servo.

Aula 2 • Critério de Estabilidade de Nyquist

Aplica o critério de Nyquist para determinar a estabilidade em malha fechada a partir da resposta em frequência em malha aberta. Lida com sistemas com polos no semiplano direito e atrasos temporais.

Aula 3 • Sensibilidade e Sensibilidade Complementar

Introduz funções de sensibilidade para quantificar a rejeição de perturbações e a robustez. Liga os objetivos de modelação da malha aos limites da função de sensibilidade.

Aula 4 • Construção e Interpretação de Diagramas de Bode

Constrói diagramas de Bode de magnitude e fase a partir de funções de transferência usando aproximações assintóticas. Identifica as frequências de cruzamento de ganho e de cruzamento de fase.

Aula 1 • Seleção de Ganho Usando o Lugar das Raízes

Seleciona o ganho do controlador para atingir o coeficiente de amortecimento e a frequência natural desejados no lugar das raízes. Verifica as especificações de desempenho através da colocação de polos em malha fechada.

Aula 2 • Lugar das Raízes para a Conceção do Sistema

Estende o lugar das raízes para avaliar o efeito da adição de polos e zeros através de compensadores. Prepara os estudantes para a conceção do controlador no capítulo seguinte.

Aula 3 • Regras de Construção do Lugar das Raízes

Deriva as regras que regem os ramos do lugar das raízes à medida que o ganho varia de zero a infinito. Permite a previsão gráfica das trajetórias dos polos em malha fechada.

Aula 1 • Compensação de Avanço-Atraso e Notch

Combina elementos de avanço e atraso para melhorar simultaneamente a resposta transitória e a precisão em regime estacionário. Introduz filtros notch para supressão de ressonância.

Aula 2 • Retorno de Estado e Colocação de Polos

Concebe controladores de retorno de estado total colocando todos os polos em malha fechada em localizações especificadas. Introduz o aumento integral para erro nulo em regime estacionário.

Aula 3 • Estrutura e Ajuste do Controlador PID

Explica as ações proporcional, integral e derivativa e os seus efeitos individuais na resposta do servo. Abrange os métodos de ajuste de Ziegler-Nichols e analítico.

Aula 4 • Conceção do Compensador de Atraso

Concebe redes de atraso de fase para melhorar a precisão em regime estacionário sem reduzir significativamente as margens de estabilidade. Aborda o aumento do ganho a baixas frequências.

Aula 1 • Motores e Acionamentos de Servo AC

Descreve os acionamentos de servo de motor síncrono de íman permanente e de indução, bem como os seus princípios de controlo vetorial. Liga a saída do acionamento ao controlo de posição e velocidade em malha fechada.

Aula 2 • Seleção e Interface com Amplificadores de Acionamento

Abrange topologias de amplificadores PWM, limitação de corrente e interfaces de comando analógicas/digitais. Orienta os estudantes na colocação em serviço e na configuração de proteção do acionamento.

Aula 3 • Motores de Servo DC e DC Sem Escovas

Compara motores DC com e sem escovas em termos de características binário-velocidade e complexidade de controlo. Abrange configurações de enrolamento e classificações térmicas.

Aula 4 • Sensores de Retorno de Posição e Velocidade

Avalia encoders, resolvers, tacómetros e escalas lineares para retorno de posição e velocidade. Aborda resolução, precisão e condicionamento de sinal.

Aula 1 • Controlo Adaptativo e de Ganho Programado

Introduz a adaptação de parâmetros e a programação de ganho para lidar com variações de inércia da carga e atrito. Abrange a estrutura de controlo adaptativo por modelo de referência para aplicações de servo.

Aula 2 • Observadores de Perturbação e Compensação de Atrito

Concebe observadores de perturbação para estimar e rejeitar perturbações de binário em tempo real. Aplica modelos de atrito para compensar os efeitos de Coulomb e Stribeck.

Aula 3 • Controlo Digital e Discretização

Converte controladores contínuos em implementações de tempo discreto usando métodos da transformada z. Aborda a seleção da taxa de amostragem, a quantificação e o atraso computacional.

Aula 4 • Controlo em Cascata e Multi-Malha

Estrutura as malhas de posição, velocidade e corrente numa hierarquia em cascata para melhorar a rejeição de perturbações e a largura de banda. Estabelece regras de separação de largura de banda entre malhas.