Controle de Planta com Resposta Inversa (Sistema de Fase Não Mínima)

Identificação e controle de uma bancada didática que exibe resposta inversa (fase não mínima), ilustrando as limitações clássicas de controladores PID nesses casos.

Objetivos

Sistemas de resposta inversa — aqueles em que a saída inicialmente se move na direção oposta à do regime permanente, antes de convergir para o valor final — são um caso didático clássico de planta de fase não mínima (zero no semiplano direito), com implicações importantes para o projeto de controladores. O LINCE dispõe de uma bancada que reproduz esse comportamento (ex.: dois efeitos competindo com constantes de tempo distintas). Objetivos:

• Levantar experimentalmente a resposta ao degrau da bancada e identificar o modelo (função de transferência com zero no semiplano direito) que explica a resposta inversa observada;
• Discutir, a partir do modelo identificado, por que a resposta inversa impõe um limite fundamental à velocidade de resposta em malha fechada, independentemente do controlador usado;
• Projetar um controlador PID (com sintonia adequada às limitações do sistema) e comparar seu desempenho com uma estratégia mais avançada (ex.: preditor de Smith modificado para sistemas de fase não mínima);
• Documentar as diferenças observadas em relação ao controle de uma planta “bem comportada” (fase mínima), como comparação didática.

Pré-requisitos

• Sistemas de Controle I e II (função de transferência, resposta em frequência, zeros no semiplano direito);
• Instrumentação (sensores e atuadores da bancada específica);
• Programação em Python ou MATLAB.

Estrutura Sugerida para o Grupo Autogerenciado

• Reuniões semanais internas do grupo, com reunião quinzenal com o orientador para validação de resultados;
• Entregáveis mensais: notebook reprodutível com o pipeline de aquisição → identificação → projeto e comparação de controladores;
• Ferramentas: bancada de resposta inversa do LINCE, placa de aquisição, repositório Git compartilhado;
• Divisão sugerida: um membro focado na instrumentação e aquisição de dados, outro na identificação do modelo, outro no projeto e comparação dos controladores.

Referências

1. Ogata, K. Engenharia de Controle Moderno. 5ª ed. Pearson, 2010.
2. Åström, K. J.; Hägglund, T. PID Controllers: Theory, Design, and Tuning. 2ª ed. ISA, 1995.