Dinâmica e Controlo de Processos/Process Dynamics and Control
6.2.1.2. Docente responsável e respectivas horas de contacto na unidade curricular (preencher o nome completo): Fernão Domingos de Montenegro Baptista Malheiro de Magalhães(21hTP–0,5 tur/class;28hPL–1 tur/class)
6.2.1.3. Outros docentes e respectivas horas de contacto na unidade curricular: José Miguel Loureiro (12,04 h TP – 0,29 turma/class; 15,96 h PL – 0,57 turma/class),
Mário Rui Pinto Ferreira Nunes da Costa (8,96 h TP – 0,21 turma/class; 12,04 h PL – 0,43 turma/class).
6.2.1.4. Objectivos de aprendizagem (conhecimentos, aptidões e competências a desenvolver pelos estudantes): Espera-se que após concluírem com sucesso a unidade curricular os estudantes sejam capazes de:
• Desenvolver modelos matemáticos de sistemas dinâmicos.
• Analisar e elaborar diagramas de blocos de sistemas dinâmicos lineares, identificando as funções de transferência intervenientes.
• Obter respostas temporais e em frequência de sistemas dinâmicos lineares.
• Identificar os principais instrumentos usados em controlo de processos químicos e biológicos, efetuando a análise crítica da sua relevância e contexto de uso.
• Projetar e sintonizar controladores clássicos de acordo com determinadas especificações de desempenho. • Projetar e sintonizar algumas estratégias de controlo avançado, efetuando a análise crítica da sua pertinência. • Identificar os principais métodos de processamento de sinais analógicos e digitais.
6.2.1.4. Learning outcomes of the curricular unit:
After successfully completing the curricular unit, students are expected to: • Develop mathematical models of dynamic systems.
• Analyse and create block diagrams of linear dynamic systems, identifying the intervening transfer functions. • Obtain time and frequency responses of linear dynamic systems.
• Identify the main instrumentation used in chemical and biological process control, critically analysing their relevance and usage context.
• Design and tune classic controllers according to pre-specified performance criteria. • Design and tune some advanced control strategies, critically analysing their pertinence. • Identify the main methods for analog and digital signal processing.
6.2.1.5. Conteúdos programáticos:
• Tipos de sistemas dinâmicos. Sistemas contínuos e discretos.
• Modelos dinâmicos. Solução nos domínios do tempo e de frequência. Função de transferência. Linearização de sistemas.
• Sistemas de parâmetros concentrados. Sistemas de 1ª ordem e 2ª ordem. Sistemas de ordem superior. • Sistemas de parâmetros distribuídos.
• Sistemas complexos. Identificação.
• Análise da resposta em frequência. Diagramas de Bode e Nyquist. • Estabilidade. Sistemas não lineares. Natureza dos pontos singulares. • Instrumentação industrial para controlo de processos.
• Controlo em anel fechado (retroação).
• Comportamento dinâmico de um sistema em anel fechado. Análise de estabilidade. • Sintonização de controladores.
• Controlo por antecipação e controlo de razão. • Estratégias avançadas de controlo: cascata, adaptativo e compensação de atraso.
• Condicionamento de sinais analógicos e digitais.
6.2.1.5. Syllabus:
• Types of dynamic systems. Continuous and discrete systems.
• Dynamic models. Solution in time and frequency domains. Transfer function. System linearization. • Concentrated parameter systems. 1st and 2nd order systems. Higher order systems.
• Distributed parameter systems. • Complex systems. Identification.
• Frequency response analysis. Bode and Nyquist diagrams. • Stability. Nonlinear systems. Nature of singular points. • Industrial instrumentation for process control.
• Closed loop control (feedback).
• Dynamic behaviour of a closed loop system. Stability analysis. • Controller tuning.
• Feedforward and ratio control.
• Advanced control strategies: cascade, adaptive and delay compensation control. • Representation of control systems in P&I diagrams.
• Conditioning of analogic and digital signals.
6.2.1.6. Demonstração da coerência dos conteúdos programáticos com os objectivos da unidade curricular. Esta unidade curricular (UC) apresenta aspetos fundamentais e aplicados da dinâmica de sistemas e controlo de processos. Beneficiando do conhecimento e competências adquiridas anteriormente no ciclo de estudos, fornece-se um tratamento abrangente e coerente de conceitos e ferramentas para 1) análise do comportamento dinâmico de processos químicos e biológicos, e 2) conceção, implementação e otimização de sistemas de controlo automático desses mesmos processos.
6.2.1.6. Demonstration of the syllabus coherence with the curricular unit's objectives.
This curricular unit presents fundamental and applied aspects of system dynamics and process control. Because it benefits from knowledge and competencies previously acquired in the study programme, a comprehensive yet coherent treatment of concepts and tools is used to 1) analyse the dynamic behaviour of chemical and biological processes, and 2) design, implement and optimise automatic control systems for those same processes.
6.2.1.7. Metodologias de ensino (avaliação incluída):
Aulas teórico-práticas de exposição de conceitos e discussão de casos de estudo. Realização de dois trabalhos de avaliação durante o semestre. Utilização de aplicações computacionais (Matlab e Simulink) para o ensino assistido por computador de dinâmica e controlo de processos. Realização de trabalhos práticos com sistemas reais de controlo PID.
Tipo de Avaliação: Avaliação distribuída com exame final
Condições de Frequência: Frequência das aulas nos termos legais. Entrega dos relatórios dos trabalhos.
Fórmula de avaliação: A classificação final é calculada de acordo com a seguinte fórmula: CF = 0.125 * T1 + 0.125 * T2 + 0.75 * EX em que T1 e T2 são as notas de cada trabalho e EX é a nota do exame. O exame terá uma parte sem consulta (40 %) e uma parte com consulta (60 %). Está definido o seguinte critério de aprovação: CF >= 9.5 e Ex >= 6.
6.2.1.7. Teaching methodologies (including evaluation):
Theoretical-practical lessons will be based on the presentation of concepts and the discussion of case studies. Students will have to carry out two evaluation assignments throughout the semester. Use of computer applications (Matlab/Simulink) for computer-aided learning. Carry out practical assignments with real PID control systems.
Type of evaluation: Distributed evaluation with final exam.
Conditions for attendance: Class attendance in accordance with the law. Submission of the work reports.
Evaluation formula:
The final grade is estimated according to the following formula: CF = 0.125 * T1 + 0.125 * T2 + 0.75 * EX
in which T1 and T2 are the marks obtained on each assignment and EX is the mark obtained on the exam.
The exam will have one part without reference consultation (40 %) and one part with reference consultation (60 %).
The following approval criterion is defined: CF >= 9.5 and Ex >= 6.
curricular.
As metodologias propostas apostam fortemente no trabalho autónomo e tutorado do estudante, através da realização de projetos em grupo e da participação ativa em aulas de realização e discussão de exercícios de aplicação prática dos conceitos apresentados nas aulas expositivas.
Pretende-se uma elevada interação entre o docente e o estudante, de forma a estimular a aprendizagem e a permitir a monitorização constante da evolução desse processo. É ainda privilegiada a utilização de ferramentas
computacionais que facilitam e estimulam o processo de ensino/aprendizagem, bem como o contacto direto com instrumentação industrial. Pretende-se desta forma que os estudantes desenvolvam capacidades profissionais baseadas numa simbiose entre conhecimentos teóricos e experiência prática.
6.2.1.8. Demonstration of the coherence between the teaching methodologies and the learning outcomes. The proposed methodologies reinforce the student’s autonomous and supervised work, by carrying out group projects, actively participating in practical classes and discussing exercises concerning the practical application of the concepts presented in theoretical lectures. A high level of interaction between the teacher and the student is expected, in order to encourage learning and to allow the constant monitoring of the evolution of this process. The use of computational tools that facilitate and stimulate the teaching/learning process is privileged, as well as the direct contact with industrial instrumentation.
This way, students are expected to develop professional competencies based on a symbiosis between theoretical knowledge and practical experience.
6.2.1.9. Bibliografia principal:
Seborg, Dale E.; Process dynamics and control. ISBN: 0-471-00077-9
Ogunnaike, Babatunde A.; Process dynamics, modeling, and control. ISBN: 0-19-509119-1 Martins, Fernando Gomes; Prontuário MATLAB. ISBN: 972-752-064-2
Mapa IX - Estratégia e Optimização de Processos/Process Strategy and Optimization