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Como fazer o relatório de Aula Prática Modelagem e Controle de Sistemas

Para desenvolver Aula Prática Modelagem e Controle de Sistemas, comece identificando os objetivos e as entregas solicitadas no roteiro. A seguir, veja os pontos presentes na descrição desta atividade e organize teu relatório de acordo com as orientações do curso.

Aula Prática Modelagem e Controle de Sistemas

O que é esta aula prática?

Antes de começar, leia a apresentação e identifique o tema, a unidade e o formato pedido.

Identificação de função de transferência de primeira ordem; cálculo de ganho de malha e constante de tempo.

Análise de resposta ao degrau, tempo de subida, sobressinal e erro em regime permanente.

Diagrama de Bode, margens de ganho/fase, conversão dB ↔ adimensional e lugar das raízes.

Sintonia de controladores P, PI e PID — método de Ziegler‑Nichols; cálculo de Ki = Kp/Ti e Kd = Kp·Td.

Uso prático de Laboratório Virtual Algetec (bancada de nível, tanques, válvulas 2,6,7, bomba P1, notebook/supervisório) e comandos Octave (tf, bode, margin, step, feedback, pid).

Objetivos e conhecimentos trabalhados

Use os objetivos do roteiro para definir o que a atividade precisa demonstrar.

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática:

Conhecer sobre a identificação de sistemas de primeira ordem. Saber analisar as respostas

transitórias de sistemas dinâmicos. Aplicar os conhecimentos sobre os tipos e projetos de

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática:

Obter a margem de ganho de um sistema e verificar se ele é estável e obter o gráfico do lugar

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática:

Conhecer os métodos de sintonia de um PID. Saber identificar qual o melhor controle para os

tipos de malhas. Saber utilizar os parâmetros da malha para realizar a sintonia de um controlador.

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática:

Conhecer o primeiro método de Ziegler-Nichols para sintonia de um PID. Saber analisar a curva

de reação para uma resposta ao degrau. Saber utilizar os parâmetros da malha para realizar a

Ferramentas e materiais mencionados no roteiro

Prepare os recursos citados na atividade e registre as versões ou configurações usadas quando forem relevantes.

SOLUÇÃO DIGITAL:

Exatas > Práticas Específicas de Eng. Elétrica > Controle: Identificação da Função de

Os Laboratórios Virtuais Algetec possuem práticas roteirizadas associadas ao plano pedagógico

da instituição de ensino, que passam por todos os laboratórios das engenharias e saúde e

seguem com alto grau de fidelização os experimentos realizados nos equipamentos físicos da

ALGETEC. Nesta plataforma, o aluno poderá́ aprender, através de uma linguagem moderna,

todos os conceitos das aulas práticas de uma determinada disciplina.

SOLUÇÃO DIGITAL:

O GNU Octave é um software livre, compatível com a linguagem de programação MATLAB,

amplamente utilizado para modelagem, simulação e controle de sistemas. Ele é uma ferramenta

poderosa para análise numérica e desenvolvimento de algoritmos, permitindo que os usuários

realizem cálculos complexos, resolvam sistemas de equações, e implementem técnicas de

controle de sistemas. A versão online do Octave oferece uma plataforma acessível via navegador,

sem a necessidade de instalação local, o que facilita o acesso e a utilização em diferentes

dispositivos. Essa versão mantém a maioria das funcionalidades da versão desktop, incluindo a

capacidade de escrever e executar scripts, criar gráficos, e realizar simulações de sistemas

O Octave é especialmente útil na área de controle de sistemas, pois permite a implementação de

controladores como PID, análise de respostas de sistemas no domínio do tempo e da frequência,

e projetos baseados em métodos como o lugar das raízes ou diagramas de Bode. Sua

compatibilidade com MATLAB significa que scripts e funções criados em uma linguagem podem

ser, em grande parte, utilizados na outra, facilitando a colaboração e a troca de conhecimento

entre profissionais que utilizam essas ferramentas

O procedimento utiliza a versão online do software (https://octave-online.net/), porém, caso não

consiga acesso, você pode fazer o download do software e instalá-lo em sua máquia por meio do

SOLUÇÃO DIGITAL:

Exatas > Práticas Específicas de Eng. Elétrica > Controle: Controle de Processos

Industriais – Sintonia de PID – ID 164

Os Laboratórios Virtuais Algetec possuem práticas roteirizadas associadas ao plano pedagógico

da instituição de ensino, que passam por todos os laboratórios das engenharias e saúde e

seguem com alto grau de fidelização os experimentos realizados nos equipamentos físicos da

ALGETEC. Nesta plataforma, o aluno poderá aprender, através de uma linguagem moderna,

todos os conceitos das aulas práticas de uma determinada disciplina.

SOLUÇÃO DIGITAL:

O GNU Octave é um software livre, compatível com a linguagem de programação MATLAB,

amplamente utilizado para modelagem, simulação e controle de sistemas. Ele é uma ferramenta

poderosa para análise numérica e desenvolvimento de algoritmos, permitindo que os usuários

realizem cálculos complexos, resolvam sistemas de equações, e implementem técnicas de

controle de sistemas. A versão online do Octave oferece uma plataforma acessível via navegador,

sem a necessidade de instalação local, o que facilita o acesso e a utilização em diferentes

dispositivos. Essa versão mantém a maioria das funcionalidades da versão desktop, incluindo a

capacidade de escrever e executar scripts, criar gráficos, e realizar simulações de sistemas

O Octave é especialmente útil na área de controle de sistemas, pois permite a implementação de

controladores como PID, análise de respostas de sistemas no domínio do tempo e da frequência,

e projetos baseados em métodos como o lugar das raízes ou diagramas de Bode. Sua

compatibilidade com MATLAB significa que scripts e funções criados em uma linguagem podem

ser, em grande parte, utilizados na outra, facilitando a colaboração e a troca de conhecimento

entre profissionais que utilizam essas ferramentas

O procedimento utiliza a versão online do software (https://octave-online.net/), porém, caso não

consiga acesso, você pode fazer o download do software e instalá-lo em sua máquia por meio do

Como desenvolver a atividade passo a passo

Execute cada etapa na ordem indicada e registre o que foi feito para depois explicar o processo no relatório.

Esta atividade prática em "Modelagem e Controle de Sistemas" reúne aulas laboratoriais (Unidades 2 a 4) dedicadas à identificação de sistemas, análise de estabilidade e projeto de controladores. As práticas utilizam o Laboratório Virtual Algetec (práticas de Controle: Identificação da Função de Transferência ID 163 e Sintonia de PID ID 164) e o GNU Octave (versão online), com experimentos que envolvem uma bancada de controle de nível (tanques, válvulas 2, 6 e 7, bomba P1) e roteiros para executar ensaios, registrar gráficos e extrair parâmetros dinâmicos. Entre as ações concretas estão operações no simulador (fechar válvulas, habilitar bomba, visualizar notebook/supervisório), inserção de degrau de 40% a 60%, leitura de níveis, obtenção de gráficos e registros para cálculo de ganho de malha e constante de tempo.

Nas rotinas com Octave, os exercícios pedem declaração de funções de transferência (por exemplo sistemas em malha aberta fornecidos no roteiro), obtenção de diagrama de Bode e margens (com os comandos tf, bode, margin), aplicação de resposta ao degrau (step), conversão de margem de ganho de dB para adimensional (20·log10(K) invertido) e análise do efeito de aplicar esse ganho em malha fechada (feedback). Nas práticas de projeto de controladores o foco é a sintonia P, PI e PID, incluindo o método de Ziegler–Nichols e estimação de parâmetros de retardo L e constante de tempo T a partir da curva de reação.

O que é desenvolvido nesta atividade

Identificação e caracterização de funções de transferência (especialmente de primeira ordem), análise de respostas transitórias e de frequência, obtenção de margens de ganho/fase, traçado e interpretação do lugar das raízes, projeto e sintonia de controladores (P, PI, PID) via Ziegler‑Nichols, execução das experiências no simulador Algetec e no Octave Online, cálculo de parâmetros (K de malha, tempo de atraso, constante de tempo, Kp, Ti, Td), e elaboração de relatório em Word com prints, cálculos e conclusões (arquivo final conforme orientações do roteiro, incluindo referências ABNT).

NOME DA DISCIPLINA: Modelagem e Controle de Sistemas

Unidade: 2 – Modelagem e representação de sistemas de controle e sistemas elétricos

Aula: 3 – Aplicação de software para modelagem e controle de sistemas elétricos

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES

Identificação de função de transferência

Atividade proposta: Utilizar a bancada de controle de processos industriais para identificar a

função da transferência de primeira ordem da malha de nível.

Procedimentos para a realização da atividade:

Neste experimento, você irá aprender como realizar a identificação da função de transferência

de um sistema, que é o primeiro passo para o projeto do controlador. A partir dessa função,

torna-se possível traçar o lugar das raízes, uma representação gráfica que mostra como os

polos de um sistema de malha fechada se move no plano complexo à medida que o ganho do

controlador varia. Isso permite visualizar diretamente os efeitos do ajuste do ganho sobre a

estabilidade e o desempenho do sistema.

Assim, a função de transferência, que expressa matematicamente a relação entre a entrada e a

saída de um sistema linear e invariante no tempo (LTI), será o foco desta atividade prática. Ela

é representada como uma fração de dois polinômios, onde o numerador está relacionado aos

zeros do sistema e o denominador, aos polos. A localização desses polos no plano complexo é

especialmente importante, pois influencia diretamente o comportamento dinâmico do sistema.

Os passos para o projeto de um controlador usando o lugar das raízes incluem o conhecimento

da dinâmica do sistema, a especificação dos requisitos de desempenho, o traçado do lugar das

raízes, a análise desse traçado, a implementação e simulação do controlador, e, finalmente, os

Etapa 1: compreendendo o experimento:

No Algetec, acessar o item Exatas Práticas de Eng. Elétrica → Controle: Identificação da Função

NOME DA DISCIPLINA: Modelagem e Controle de Sistemas

Unidade: 3 – Análise da estabilidade de sistemas de controle

Aula: 2 – Diagrama de Bode e lugar das raízes

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES

Atividade proposta: Obtenção da margem de ganho de um sistema em malha fechada.

Procedimentos para a realização da atividade:

Abra seu navegador de internet e vá para o endereço https://octave-online.net/. Ao acessar o site,

você verá uma tela semelhante à Figura 1, onde há um painel de comandos central e um menu

Figura 1 – Acesso ao GNU Octave on-line.

Na tela central, você verá o “Octave Command Prompt”, onde pode digitar comandos diretamente

e pressionar "Enter" para executá-los. No lado direito da tela, há opções para fazer login usando

sua conta do Google ou um e-mail. Fazer login permite que você salve seus scripts e projetos,

por isso a sugestão é que você realize o login. Ainda, você pode personalizar o tema ou o layout

da interface clicando em "Change Theme" ou "Change/Reset Layout" no menu à direita conforme

Figura 2 – Alteração de Tema do GNU Octave.

Insira o no prompt do Octave o sistema abaixo, que se encontra em malha aberta com

retroalimentação unitária e um ganho K:

Para isso, utilize os seguintes comandos:

Utilizando ‘bode(sys1)’ obtenha o diagrama de Bode do sistema em questão. Utilize também o

comando ‘margin(sys1)’, para avaliar as margens de ganho e fase, e apresente os valores obtidos

em seus resultados. Conclua sobre a estabilidade do sistema.

Aplique um degrau unitário (função ‘step(sys1)’) no sistema e avalie sua estabilidade. Apresente

NOME DA DISCIPLINA: Modelagem e Controle de Sistemas

Unidade: 4 – Projeto de controladores

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES

Atividade proposta: Utilizar a bancada de controle de processos industriais para analisar os

parâmetros de uma malha de nível para realizar a sintonia de um controlador PID.

Procedimentos para a realização da atividade:

Neste experimento, você irá aprender sobre a importância do controle de processos e como o

controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) pode contribuir para garantir a estabilidade e o

desempenho de sistemas industriais. O controlador PID é amplamente utilizado devido à sua

simplicidade e eficácia, sendo aplicável em diversas áreas, como controle de temperatura,

O projeto de controladores PID pode ser realizado utilizando diferentes técnicas. Uma das

abordagens é o método de Bode, que se baseia na análise da resposta em frequência do sistema.

Através dessa técnica, é possível ajustar os parâmetros do controlador para atender a

especificações de margem de ganho e de fase, garantindo assim a estabilidade e o desempenho

desejado do sistema. Este método é ideal para situações onde a modelagem matemática do

sistema é bem compreendida e precisa.

Outra técnica prática e amplamente utilizada para a sintonia de controladores PID é o método

empírico de Ziegler-Nichols. Este método não requer uma modelagem detalhada do sistema, mas

sim a observação da resposta do sistema em malha fechada. A partir desta resposta, os

parâmetros do controlador podem ser ajustados para fornecer um desempenho adequado.

Embora o método de Ziegler-Nichols possa não oferecer a precisão de métodos baseados em

modelos, ele é extremamente útil em situações onde a modelagem do processo é complexa ou

NOME DA DISCIPLINA: Modelagem e Controle de Sistemas

Unidade: 4 – Projeto de controladores

Aula: 3 – Utilização de software para projeto de controladores

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES

Atividade proposta: Realizar o projeto de implementação de controladores P, PI e PID.

Procedimentos para a realização da atividade:

Abra seu navegador de internet e vá para o endereço https://octave-online.net/. Ao acessar o site,

você verá uma tela semelhante à Figura 1, onde há um painel de comandos central e um menu

Figura 1 – Acesso ao GNU Octave on-line.

Na tela central, você verá o “Octave Command Prompt”, onde pode digitar comandos diretamente

e pressionar "Enter" para executá-los. No lado direito da tela, há opções para fazer login usando

sua conta do Google ou um e-mail. Fazer login permite que você salve seus scripts e projetos,

por isso a sugestão é que você realize o login. Ainda, você pode personalizar o tema ou o layout

da interface clicando em "Change Theme" ou "Change/Reset Layout" no menu à direita conforme

Figura 2 – Alteração de Tema do GNU Octave.

Após feito o login, escolha a opção “Create empty file”, para criar um novo script, conforme ilustra

Você deve realizar a implementação de um controle P, PI e PID utilizando o primeiro método de

Ziegler-Nichols. A função de transferência do sistema é dado por:

O script a seguir pode ser utilizado para estimar o valor do atraso 𝐿 e a constante de tempo do

sistema 𝑇. A Figura 4 ilustra a implementação.

d2y=diff(dy)/dt; % derivada segunda

plot(t,y,'b', [0 L L+T t(end)],[0 0 y(end) y(end)], 'k')

Como conferir e avaliar o trabalho

Confira os critérios e perguntas do roteiro antes de finalizar a entrega.

Avaliando os resultados:

1. Antes do degrau ser aplicado no atuador, qual o valor do nível no tanque?

2. Qual foi o degrau aplicado na bomba? Qual foi o valor do nível em regime permanente para

esse degrau? Qual é o ganho da malha de nível (Lembrando que se você utilizar 20% do valor

3. Qual a diferença de tempo entre o instante que o degrau foi aplicado e o valor em que a

variável do processo começou a ser modificada?

4. Qual a constante de tempo que pode ser encontrada ao analisar o gráfico da variável de

5. Escreva qual é a função transferência no domínio do tempo para a malha de nível.

Além das respostas as perguntas, apresente em seus resultados os prints da simulação,

relatando detalhadamente cada etapa realizada e a resolução dos questionamentos propostos.

Checklist:

✓ Realizar a ambientação com o laboratório virtual;

✓ Analisar o funcionamento do sistema.

Avaliando os resultados:

Apresente em seus resultados os prints da simulação, relatando detalhadamente cada etapa

realizada e a resolução dos questionamentos propostos sobre a estabilidade. Não se esqueça

de apresentar e explicar todos os gráficos obtidos, bem como os comandos digitados no

Checklist:

✓ Declare a função de transferência do sistema;

✓ Obtenha o diagrama de bode, as margens de ganho e de fase;

✓ Aplique o degrau ao sistema em malha aberta;

✓ Conclua sobre a estabilidade do sistema;

✓ Aplique o ganho da margem de ganho no sistema e o coloque em malha fechada;

✓ Analise a nova resposta ao degrau em relação a estabilidade.

Avaliando os resultados:

1. Quais foram o tempo de subida, sobressinal e erro de regime permanente encontrado na

sintonia de PID utilizada nesta prática?

2. Discorra em que implicaria as alterações dos parâmetros Kp, Ti e Td.

Além das respostas as perguntas, apresente em seus resultados os prints da simulação,

relatando detalhadamente cada etapa realizada e a resolução dos questionamentos propostos.

Checklist:

✓ Realizar a ambientação com o laboratório virtual;

✓ Analisar o funcionamento do sistema.

Avaliando os resultados:

1. Quais foram o tempo de subida, sobressinal e erro de regime permanente encontrado em

cada sintonia de controladores utilizada nesta prática?

2. Discorra como poderíamos reduzir o sobressinal do controlador PID.

Além das respostas as perguntas, apresente em seus resultados os prints da simulação,

relatando detalhadamente cada etapa realizada e a resolução dos questionamentos propostos.

Checklist:

✓ Realizar a ambientação com o ambiente computacional;

✓ Analisar o funcionamento do sistema.

Resultados e organização do relatório

Apresente o que foi obtido e relacione os resultados com os objetivos da atividade.

Resultados do experimento:

Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações

obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito

das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.

• Referências bibliográficas ABNT (quando houver).

Resultados de Aprendizagem:

Ao final desta atividade prática, o aluno deverá ser capaz de identificar e caracterizar a função de

transferência de um sistema de controle de nível utilizando o ambiente de simulação Algetec,

compreender a dinâmica de sistemas em malha fechada e avaliar os efeitos do ajuste de ganho

sobre estabilidade e desempenho. Espera-se que o aluno consiga, por meio de experimentação,

determinar parâmetros fundamentais como o ganho de malha e a constante de tempo, bem como

analisar o comportamento da resposta ao degrau e interpretar gráficos de variáveis de processo,

consolidando conhecimentos sobre controle de sistemas e análise de desempenho em

Resultados do experimento:

Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações

obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito

das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.

• Referências bibliográficas ABNT (quando houver).

Resultados de Aprendizagem:

Nesta aula prática, os alunos aprenderão a analisar a estabilidade de um sistema em malha

aberta com retroalimentação unitária utilizando o Octave, aplicando comandos para obter o

diagrama de Bode, calcular margens de ganho e fase e observar a resposta ao degrau do sistema.

Eles serão capacitados a converter valores de margem de ganho de decibéis para valores

adimensionais, aplicando este ganho em malha fechada para avaliar a nova resposta ao degrau

e verificar a condição de estabilidade marginal do sistema. Essa prática promove a compreensão

sobre análise de estabilidade e ajustes de ganho em sistemas de controle.

Resultados do experimento:

Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações

obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito

das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.

• Referências bibliográficas ABNT (quando houver).

Resultados de Aprendizagem:

Ao final desta prática, os alunos terão desenvolvido competências para projetar e sintonizar

controladores PID aplicados a processos industriais, compreendendo como diferentes técnicas,

como o método de Bode e o método empírico de Ziegler-Nichols, podem ajustar os parâmetros

do controlador para alcançar estabilidade e desempenho adequados. Além disso, terão adquirido

habilidades práticas no uso de laboratórios virtuais para controle de processos, configurando

parâmetros de simulação e observando a resposta dinâmica do sistema, o que facilita a

visualização e a análise de variáveis de processo e manipuladas em cenários simulados.

Resultados do experimento:

Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações

obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito

das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.

• Referências bibliográficas ABNT (quando houver).

Resultados de Aprendizagem:

Ao final desta prática, os alunos terão aprendido a utilizar a plataforma Octave Online para

implementar e ajustar controladores P, PI e PID com base na técnica de sintonia de ZieglerNichols. Por meio do cálculo dos parâmetros de controle e da análise da resposta em malha

fechada, eles desenvolverão habilidades práticas de simulação e análise de sistemas dinâmicos,

compreendendo as características de cada tipo de controle e a eficiência da resposta em

diferentes configurações de ganho e parâmetros.

O seu trabalho é disponibilizado pronto, respondido e nas normas já na mesma hora aqui em nosso site na sua área de downloads e também no seu e-mail.

Portfólio em Word, respondido, completo e já nas normas

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Como estruturar o relatório

Organize a entrega em identificação da atividade, objetivos, recursos utilizados, descrição dos procedimentos, registros dos resultados e conclusão. Ajuste essa sequência ao modelo exigido pela instituição e inclua apenas observações e evidências obtidas durante a tua própria execução.

Checklist antes de entregar

  • Conferir se todos os objetivos do roteiro foram contemplados.
  • Descrever os procedimentos na ordem em que foram realizados.
  • Inserir registros, imagens ou arquivos quando a atividade solicitar.
  • Relacionar os resultados com as tarefas e revisar o formato de entrega exigido.

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