MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS DINÂMICOS

(MPS-36)

PLANO DE MATÉRIA/Prof. ADADE

SOBRE O CONTEÚDO

SOBRE OS OBJETIVOS DO CURSO

PRÉ-REQUISITOS

AVALIAÇÃO

BIBLIOGRAFIA

LIVRO-TEXTO/BIBLIOGRAFIA PRINCIPAL

BIBLIOGRAFIA ALTERNATIVA E/OU COMPLEMENTAR

BIBLIOGRAFIA ADICIONAL RECOMENDADA

BIBLIOGRAFIA PARA LABORATÓRIO

EMENTA

DETALHAMENTO DO CURSO

BANCO DE EXERCÍCIOS

SLIDES (AULAS)

Leia algo (e reflita, obviamente) sobre atitudes perante o estudo!

 

SOBRE O CONTEÚDO

Essa matéria complementa e aprofunda os assuntos abordados e trabalhados em MPS-22 (Sinais e Sistemas Dinâmicos). O seu foco está na etapa da análise que objetiva a estabelecer modelos físicos e à  obtenção de modelos matemáticos de sistemas dinâmicos.

A fase de delineamento de um modelo físico é abordada através do uso de elementos idealizados (de dois e quatro terminais – um e dois pórticos de energia) em sistemas mecânicos, elétricos, fluidos e térmicos, e interações multi-energéticas, na construção de representações simplificadas para descrever o comportamento de sistemas físicos. Analogias físicas e generalizações são explicitadas a respeito de tais descrições. Introduzem-se representações (linguagens) gráficas de modelagem do tipo grafo do sistema e grafo de ligações.

A unidade seguinte explora técnicas sistemáticas para obtenção de modelos matemáticos a partir de um modelo físico para o sistema: métodos de redes – o método das impedâncias equivalentes, o método das malhas e o método dos nós, procedimento sistemático para se obter modelos no espaço de estados; grafos de ligações;  e o método da energia.

Em seguida, é abordada a questão da modelagem de sistemas a parâmetros distribuídos e a parte final da matéria focaliza aspectos da modelagem experimental ou identificação de modelos.

Em atividades de laboratório, ferramentas de análise e simulação digital são exploradas para a avaliação crítica de modelos, simulação de modelos complexos, identificação de modelos e a efetuação de variados estudos de sistemas dinâmicos.

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SOBRE OS OBJETIVOS DO CURSO

            Com respeito a sistemas dinâmicos compostos de elementos mecânicos, elétricos, fluidos e térmicos, ao final do curso  o  aluno  deverá estar apto a:

1. Postular uma descrição do sistema e construir uma versão simplificada (modelo físico), usando elementos idealizados. Representar o sistema por grafo de sistema e grafo de ligações.

2. Especificar um conjunto adequado de variáveis e relacioná-las  através de equações de elementos e leis de interconexão,  para  obter  um  modelo matemático do sistema dinâmico.

3. Definir modelos para identificação e realizar um processo de identificação de modelo.

4. Analisar resultados, extraindo informações relevantes a partir do  modelo do sistema estudado.

Na matéria MPS-22 a manipulação e simplificação de modelos matemáticos, a representação por diagramas de blocos e de simulação, bem como a obtenção da  solução desses modelos foram assuntos bastante trabalhados, sendo, portanto, conhecimento e capacitação assumidos como pré-requisito.

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PRÉ-REQUISITOS

MPS-22  Sinais e Sistemas Dinâmicos; Física do Curso Fundamental.

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AVALIAÇÃO

As notas são bimestrais e calculadas, nesta matéria, através do seguinte sistema:

Forma

Qtde

Peso

Obrigatoriedade

Provas

02

03

S

Relatórios de LAB

02

01

S

Séries de Exercício

02

Conceito

N

Um exame obrigatório abrangendo toda a matéria e realizado  no  fim do semestre (em data fixada pela Escola) completa o sistema de avaliação. As provas cobrirão as matérias apresentadas no intervalo entre elas,  inclusive o que for estudado em atividades de Laboratório.

As turmas de Laboratório serão divididas em grupos e  os  relatórios preparados pelos grupos.

Os prazos de entrega de relatórios dos Laboratórios serão pré-fixados e o não cumprimento  desses prazos implicará em decréscimo de nota naquela atividade. O acréscimo de nota através do conceito atribuído às séries de exercícios, irá variar em função da avaliação do professor quanto ao desempenho global do aluno considerando todas as atividades da matéria, bem como da entrega das séries até as datas fixadas.

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LIVRO-TEXTO/BIBLIOGRAFIA PRINCIPAL

1. ADADE Fº., A. - Análise de Sistemas Dinâmicos.  3a Ed. S. José dos Campos-SP, CTA-ITA-IEMP, 2003.

BIBLIOGRAFIA ALTERNATIVA E/OU COMPLEMENTAR

2. KARNOPP, D.; MARGOLIS, D. & ROSENBERG, R. - System Dynamics: A Unified Approach, 2rd Ed. NY, Wiley-Interscience, 1967.

3. BROWN, F.T. - Engineering System Dynamics, Marcel-Dekker, 2001.

4. WELLSTEAD, P.E. - Introduction to Physical System Modelling. London, Academic Press, 1979.

5. SHEARER, J.L et alii - Introduction to System Dynamics. Massachusetts, Addison-Wesley, 1967.

BIBLIOGRAFIA ADICIONAL RECOMENDADA

6. DOEBELIN, E.O. - System Modelling and Response. New York, Wiley, 1980.

7. DORNY, C.N. - Understanding Dynamic Systems: Approaches to Modeling, Analysis, and Design. NJ, Prentice-Hall, 1993.

8. CLOSE, C.M. & FREDERICK, D.K. - Modeling and Analysis of Dynamic Systems. Boston, Houghton Mifflin Co., 1978.

9. CANON, R.H. - Dynamics of Physical Systems. New York, McGraw-Hill, 1967.

10. OGATA, K. - System Dynamics. New Jersey, Prentice-Hall, 1978.

11. JOHANSSON, R. – System Modeling & Identification. NJ, Prentice-Hall, 1993.

BIBLIOGRAFIA PARA LABORATÓRIO

ADADE Fº., A. - Análise de Sistemas Dinâmicos.  3a Ed. S. José dos Campos-SP, CTA-ITA-IEMP, 2003.

ADADE Fº., A. - Matlab Básico 6. S. José dos Campos-SP, CTA-ITA-IEMP, 2001.

Estude ou consulte parte do material acima pela Internet.

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EMENTA

MPS-36 – MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS DINÂMICOS. Requisito: MPS-22. Horas semanais:   3-1-4. Introdução à análise de sistemas dinâmicos: conceituações, modelos. Elementos de sistemas dinâmicos a dois e quatro terminais: mecânicos, elétricos, fluidos e térmicos. Representação por grafo de sistema e por grafo de ligações. Analogias em sistemas físicos. Simulação computacional. Formulação de equações de sistemas: métodos de redes, método de grafos de ligações, método da energia. Sistemas a parâmetros distribuídos. Modelagem experimental: introdução à identificação de sistemas.

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DETALHAMENTO DO CURSO

Unidade 1:

1.1 Introdução à Modelagem de Sistemas Dinâmicos

    Revisão de conceitos e formas de análise de sistemas dinâmicos.

Bibliografia : 1, 2, 5, 8, 9.

Unidade 2:

2.1 Elementos em Sistemas Dinâmicos

     - introdução; elementos básicos em sistemas mecânicos e elétricos; similaridades; variáveis "entre"/”esforço” e "através"/”fluxo”; equações generalizadas dos elementos; elementos em sistemas fluidos e térmicos.

2.2 Generalização dos elementos em sistemas dinâmicos

     - armazenadores de energia; dissipadores; fontes

     - grafo do sistema: definição, estabelecimento, uso

     - analogia de sistemas físicos

2.3 Elementos a quatro terminais (dois pórticos de energia) em sistemas dinâmicos

     - transformadores mecânicos, elétricos e fluidos; giradores; transdutores; análise envolvendo esses elementos.

Bibliografia : 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 10.

Unidade 3:

3.1 Grafos de Ligações

Bibliografia : 1, 2, 3, 4.

Unidade 4:

4.1 Formulação de equações de sistemas por métodos de redes: impedâncias equivalentes;  compatibilidade e continuidade generalizadas; método das malhas e método dos nós; procedimento sistemático para modelar no espaço de estados.

4.2  Formulação de equações de sistemas utilizando grafos de ligações.

4.3 Formulação de equações de sistemas pelo método da energia (equação de Lagrange).

Bibliografia : 1, 2, 3, 4, 5.

Unidade 5:

5.1 Modelos de sistemas a parâmetros distribuídos

Bibliografia : 6.

Unidade 6:

6.1 Modelagem experimental: introdução à identificação de sistemas

Bibliografia : 11.

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