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PllAGORAS FACULDADE CAMPOS METROPOUTAIIIA Roseli A. Defassio - Engenharia Elétrica - 60 Semestre Lista de Atividades 11 (Teoria de Controle Moderno) Londrina 2012 Roseli A. Defassio Lista de Atividades I Trabalho apresentado à disciplina de Teoria de Controle Moderno, do Curso de Engenharia Elétrica, ministrada pela Prof? Décio Luiz Gazzoni Filho, da Faculdade Pitágoras - Campus Metropolitana. Londrina 2012 V PITA&ORAS FACULDADE FACULDADE PITÁGORAS-CAMPUS METROPOLITANA Curso: Engenharia Elétrica Disciplina: Teoria de Controle Moderno Professor (a): Décio Luiz Gazzoni Filho Curso: Engenharia Elétrica I Turma: 6° Semestre Aluno: Rose/i A. Defassio .: Lista de Exercícios fi :. +:+ Lugar das Raizes: 1. Resolva os seguintes exercidos do capitulo 6 do livro 11Engenharia de Controle Moderno" , 49 edição, de Katsuhiko Ogata. A-6-1)- Desenhe o lugar das raízes do sistema mostrado da figura 6.39(0). (Suponha que o ganho K seja positivo) Observe que, para valores de K pequenos ou grandes, o sistema é superamortecimento e, para valores médios de K, é subamortecido. R(s) GC~")-.=. \<.c. h-t~') C ~-\~) /.l-6-t L ) 2e~::. -~. -3 ) ~ Ieo :: O ~ -.:L T J ~O( ;2l(:"1 ') :: 1\ - rn l-=t Gc~) -::::o -& ~ ~ K( b-t.2JLh+=)) = o b C6-\-1 ') 0\1'<... :: eiS ~: ~b€p ~ ,4)l-:ne o )~CAJ'v do--6 )lO.i~. ~ ~/ K:= - 01 G 3 ~ K:::.- [ - O,Co3~ l- 01 b~4,+1.) l-= -t> - \- o,;{3z.l~fOi o~ S/ (- ol~3'-1'-'I d.) (- o l<o~lr-\-::,) l 5,:2 3-<' rJ K ~ - ~13G{) '1<" - 1-:),3'" (- Q,~b""'l) l =-- .....•• - Í- 3, ;<3.:(l '"\13/1-31 ] ll- Q\3c~-\ ;;(') l-';)\'jGc, +~ ) 1 L 01 d'3.:z - j , -I · I I ! I i I I ! 1- 1- - I ! I~--+-l-r-------f'~~ i ~-' <1_=-r--~~~~~\:7~~~~r+-~~~11==~=irr-~I- ~ I I I I i - -, ~I I~-r--t---+-Ji- I I I L - _·~_-TlI-+-1 +1 -+1 _LI __ i I I ---\il-r--! ---+-~I_.+-I - Ir I ! ~ I i i : I I : I i i I ! II I i i I 1 I i r I I I I I I j -, I - I I - I I ---1 A-6-3)- Considere o sistema da Figura 6.41 (a). Trace o gráfico do lugar das raizes desse sistema. Observe que, para valores de K pequenos ou grandes, o sistema é subamortecimento e, para valores intermediários de K, ele é superamortecido. ,- Ks(s2+4s+5) ~. GC~J-= K ,~(~"\~;6'-'t'S ) êe,oos:::. rf fdo'::>:: O "j -021-J" j - Z-d çI 'f<>= O ~ '"1. 1'80 (;Zl ü ) ~ A) - 3 ~IK ::.~ -4P ! ~30 C~(l)--'d.) ::: - )~Oo 3 ~~ecfo d00 ~~~~'---'~ ç-== -l~'f~- 2:2c\(l ~- (0+:<'+ ot ;:(0 Y\ - 'rY\ 3 i.-\-. k. - :::.o fi (h~ ~/)-\ 'S) K =- -.L j.) L~-.i.+ét ~ -\ 5) .d~ -::-l..J·-\-~h.'2--\- <5h) .~ d.h dK = - (3.h~~,htC:S) =-D dh ~I k =- - JJ~~-=t- K~ - (-1, bb+) [( - .'I,Ç.G,+)~1.\l- \, (,(,+}t'5l-= [~I %52.} ri K-=. -.L 1<=-(-1-)l(-!)~~(-\)-\'SJ - [~J I I ~ j\JJ I z-t v I ~ t ~j53,~li'° ~fo ••• , 1:\ ~----j~r-~/ J.-l- I j II Ir~. I I I I I I-----.J -~-\- ~ - O -= - -<-\-0 -l;p \i(_d)~(i,(_I\I-§J. (-1') =- ;)1;(~/-d..~,<5ç, -\'> J~ào_ 02b',SG= J'S3)yl( e -=- Jf6~ - 2~~~ ~ ~ = j~~ - (.:\S~I~ ~+~o) 9 = - Ç, ~I ~ ~ ,Q t<-'ç hCA~4A.·+'5 )::::Q k -t J'::>3 -+ ~ j'::>;( ~ esh =0 --t;, ~ Jvv \< t (~wJ3-t ~ ~UJ)~ ~(j w") -=0 t. Q 2- K -=~W -:=Q.0 jW(w -t5 ')~o rc - y (~) s: 'O w =-0 ~ \Jj -r R 'K -::..D20 QL\. t<: ~ o I I I I I i i i! ! , l I, ! I I I I 1 I II i I : I : i -jW I i I i - I II J b..,.v I I i I I t--- ~ I I I -f I.~I I I Ii vI \ 1 . I I c [,... -It -~ -. ~ I 'I "l. s '1 ~~-s I i \ A '\ ~--J.I I _.. ~ -J!.! \\. I I \,~II I i -~S ! I \ Ii I _-b 1 I : i : I i I : I I : iI i I - I i i i i I ; , I II I I I II I I I A-6-4)-Trace o lugar das raízes do sistema mostrado na Figura 6.42(0). ~ K 5(3 + l)(s:Z 43 13) G(hJ=: k ~(h4 ~J (/.:>~~,6+~3 ) z.~::= 1> po~:: o) -.!) -.2-t3j j-.2-:3d -t -1~o C~\( -\-1) -=- Y\-'fY\ f Jk ~ 1 -. -+ j 150(<2.( 4)-~~) ::: j: f35~ Y tG - L~fk- ~2k}_ ():-- [0+ !~~:;&--\.:2.~l ~-~ ~ 1.-+ k -o ;:~lk! )(~~~1.2,-\,I~) K. == ..- i 4' K-= - [/:)(Ad-d)(--62+ ~A413)J fo (~~ ~ ') Ch-<+ ~ h-\'~~) d K. -:: - LAJ~.!.)()0~4~+.13)J cth d K -:: - [Â~+ 5Á3-\: J1~ -+ ~-3A1 Oh d ~ -=- -- [~~3 --\-J S/:J~+34/-:> -+ ~ 31=D c;;l/:) \< ~ - t-o\~ ~C:,(-O, ct~Co-\ ~') ~ l-ol~ Coc,): ~(-o) 4 ",,)+ ,/3 J ) lK =-o?, i- 4 -=t-] .. jW I !/ 3 ~ ,, t- I I \\I j;; I- i I \t~ 1 I~3'(,;ol_~_1 -3 "--+- • 1I -, I I - 8_ -~, i I 1~o - 5G I31 ~[~~ 3 I r;;~ .- ~-\-3 ~ - J -= - i. -+ dJ \ -4bY\ (~'t '\ /-t3J. E.~1 '3, ~ fo 1- i-J, s~ j80-~~,S6 =\~o~\~41 ~::: j~{) - l~e~ +.WJ ê) -- !'&0 - [\ c?3)<D~+ 10'8,'1 ~ -\:CloJ \'D -.: - .l~~\ 1 ~ j .'K-T/J~ CSj)3~ ~-=t-/).z-\- .13A -=0 A=J uJ \<.'-1- C~\.\J1'1-\- "S(j"" )3-\ i1-=rlS'u ') -, \:, (0w') =:0 ( \< -T ~ - \,:\vJ-2- ) -:=. o . ~\JJ l'3\..kl~ B)-=-0 .: I 1 i I I I I I , : : ', I iI , I ~ I i i I I i A-6-5)-Desenhe o lugar das raízes do sistema mostrado na Figura 6.43(a). r1 S_2C_S:_3_,6)_t-r GC~') = \<C6~J J A-2 ( ~ -\- 3, Co ) 2:610 ~:::. -.J.. ~olOS::: o, O )< - 3) b y(\ = .L -t ~~O~ ( c{K 'f- ~) -4> ~ I K =O 'ri - rY\ Cf- ~ [~~\( - :gi;\(l =- -1» ~-= - [0+ 0+:51 b - JJ - Y)-YY\ ~ \ \)~ - !,3 ] .1+ t< c~-\-~) == o ./:J~(h-\-~) to') k(~-\-!)~ - L ~ (A-1-~, b')l -~ v~- \Ác! (A+~/b J1 L Á+1 ÓK -= - \ A-< (b\3tGJl --l:> d'K -=- - p3.+ 3/~h~ ~ L ~-+ .i. oi.-> /->+ .1. dI<.:: -í(~+",~hXMl.)- (",3-\ 3, Iog)l1 )l .=oO /.z ci6 L lh-T ~ ') ~ J />3-\..g15~~-\-3, b,Á \/.'1'= 01 l-h/J:=o - 2"b5~ O{13'1:;:)'~jIJ", -1, (,5 - O/113'4J) ::C~~ o ~\"O O ~\ft)~ eco J1f)0I.A.- ~ jIOJtJA . ~~+ 3/o/S~-T ~(~-t ~') :::O lJ-u')3-\- 3," (jW )~ 'Klj \.Ú~ \) -= O· t~\JJ }3.y 3f (~w )~T KjW -t~ = O. ~-5JblJJ2~O jW(UJ~\<)=-u r z ' Xl~ L 3~~ 4~~'~ - 3) f.o u}-- -\)<. -:::ol w~ ~Y:::O wL.-\ \< ::-o '";;I, (O)~~-:::.O [1<::00 ~ I I_-I I I I I I I I I !I I ! I I I [ ! , I - I I I I I iI ! I I ! J ~\)ol I I I l.--r- ! , Ii I~ I, 'O i 1j , 1 I \; I~,, \: -,- -1----+ -I I I ~i , I I I,[.. ~-~ , \ -1> ~2. ~I , 4 1- .3 " II I j , I, / I / ! 1 I i ! tI : I i (O i I I I I I I I I i i I ! I II I I i i i I I , I I I I I I I i I I I I I I I I I I I II I I I A-6-8)-Considere o sistema mostrado na Figura 6.45(a) que possui no ramo direito uma função de transferência instável. Desenhe o gráfico do lugar das raízes e localize os pólos de malha fechada. Mostre que, embora os pólos de malha fechada se situem no eixo real negativo e o sistema não seja oscüatátio, a curva de resposta ao degrau unitário exibe um sobre-sinal. R(s) C(s)10(s + 1) s(s - 3) CCt\ ') .=. 1.6r---~------...., 0.2 -- I I I I o 0.2 OA 0.6 0.8 1.0 1.2 IA 1.6 1.8 2.0 I Curva cS•. Respona ao Devau Unitário 40 Sistema OpV-OJ'v c;k.- O ~krf)Q, n~.M;v ~uJOI.-li~) 01 cuY1 vq ~ /\Jl/V.~:::UI 0.-0 d-o. ~QJ..0 ).J..IY\l tcúV.:D .e>6t.!:>e .J.{rn W~ & ~ J de 1fid.e- ()\.. .~-e6~ ~ de.. UfY) ~ 84"Y1 Â:=: -..l II I I I I !! I I II~I II Ii i,- !I 1 -1--~ I I i I J I I -- ~_.-r . cI""-~ .. i I i I i I I-r-r- . ! I • I I I I I 1,) I 1 J I I I I I! II -I~l- II I II : A-6-10)-Considere o sistema mostrado na Figura 6.48(a). Trace o gráfico do lugar das raízes. ?d0:) rrolho Q~~ ).::.-=- O e h::: - 2. /6t~ -T 0-~ - t0 - /h +<. -=:. -+ 18'OQ l021<+ 1) ~•..k~ó1} 16T~vJ-Tà --\:-/tJ.'~àVJ-~ :: L6+j'VJ. T 16+~+J.W -t l~oC2\'('-+~') Ol.c. 9'(\Jl; IJ-t ~3-(;i)"~--'Gn+t51t;~)+ ~80[2k-t4) w W"- -\--=-0.._ o 6'--\~ j- W UJ Ô 6-\-~ J:.oo w-+ ~ w ....J -.-- 6' Ô I I I II II i r- I I I : II • I I I 1 I ; I I I I , I I JIlJ I I I I I I i Iir I I ;3 I I ! 1- I I I I I i , I I I I ( i.. .. ~ I -~ -3 ..", - , I' !. 'to 3 'c - I I I I I \~ I I I I I I I I I I I-1- ~J I -lt I i • I I I I I I I J ! I i I I i . I I iI I I I I : I , I 1 I I I .1. 1I ! i I 1= i ,I I I , ~ i I I i i I I I II I I .:. Diagrama de Bode: 2. Resolva os seguintes exercidos do capitulo 8 do livro 11 Engenharia de Controle Moderno" , 4!!edição, de Katsuhiko Ogafa. A-8-1)- Considere o sistema cuja função de transferência de malha fechada é: C(s) 10(s + 1) - R(s) (s + 2)(s + 5) Evidentemente, os pólos de malha fechada estão localizados em s=-2 e s= -5 e o sistema não é oscilatório.(A resposta ao degrau unitário, entretanto, apresenta um sobre-sinal devido a presença de um zero em s= -1. Veja a Figura 6.46.)Mostre que a resposta em frequência de malha fechada desse sistema apresenta um pico de ressonância, embora o coeficiente de amortecimento dos pólos de malha fechada seja maior do que a unidade. G( h ");;;;- !\ O ( 6-+ t ') (/)+ ~( ~~.:s') G~\JJ ') =: 10 (Jw-\- \ ') ( jW -t ~) ( ~\)j -\-5 ) G~\JJ ') -=- ~(~ \JJ '-\ ~J . M'(~~ 1) 561~\.V-\-1) .;z. 5 toRrL.- 1 ~ JW + 1. -4 ·te.= -L ~ + Q.Dd1) cJé~cb. ~ .~~ -\-Cio ~\-m.. ~ == ~W -T i. ~ -te:.-==-.2 ~ _;2J:)db! ~CA~ ~ ~= -C)~ (2., , t •8' , s ,s , .s: o l- o o o'e- t.. o~ / 5- o K~\ / f\ / .~ t\.- / ~CS" "-Ii J :) '\~ '\. õ. / '\. 1/,)v/ ~~ "\cv 7 / / ~ tv / / I ~ /, 1/ j ~~ ',~ r ,•..... fri.V ,/ /=r r.v =r=r , '\. ri I~\ ~!#' ~ i\V)111 J t\ / /DI~/o\ \ / /4< I ~'A- v Ir;; I/~B ~ /,JJ~ VL / 11 1 I'\. ~ VI 1/ ... o B-8-1)-Considere o sistema com realimentação unitária cuja função de transferência de malha aberta é : 10 G(s) = -- s+l Obtenha a resposta em regime estacionário desse sistema quando ele for submetido aos seguintes sinais de entrada: GejvJ) ~ J O . ljUl -j )_ J'U) -\: 1- l~w-1) (a) r(t) = sen(t + 3Dº) y/Y) Ct') -=- G(S'u) o rC t ') YMCt ') t: O \ O ~ ~ 5~ 1-2c) j'3.S'C o )J-8-Yl Ct -t-3.o ) O, OQ C,5b A0Yl (± -SS) s>S) (b) r(t) = 2cos(2t-4S!l) y~Ct) ~ G~W). rCt) YMCt'j -=- (o) o J GSç, [- '2~/SS) [02 WJ(d-k - ~5<») • (e) r(t) = sen(t + 30º) - 2eos( 2t - 4Sº) 'YMCt)~ G~~)" If1Ct) 'YMLt )= (DI 0;1 (,Se, Z-~g;DS) LJJ0r! (-c+~o)- ~ ceD(2t __~SO)) • B-8-5)-Desenhe o diagrama de Bode de : () 10(S2+0,4S+1Gs=~-- s(s2+0,8s+9) Gc~ "')-=. ~ O (t6:<4 Q ,lI 6, -r j ) ~( ).)-, O\8Â--tQ ) a~ -to,4A -t.l ls= - :3,8~ z: YCÀ.Á·~ eernp )€XCX<J ~~-i o, gA--tq Ô -=- - 5S1~ = .J1CU~ ~r).ex'6toGtJw ")~ 101~)UJj"\ O/I,) W + j ] J\>J ((J\)J)~ o\2jw-\C?J) G( ~\JJ ) -=: ~O [(slw)~ o)~ w-t .11 l6w') (~) [ l~)t --r o \'2 jW --+ II ~ Cj GÇ)w") -=- _JQ l(,\w)~ O'Y,jw+ !... J '3 LJWJ(( ~).(~ o,O'2~w-+ L ~ 1 = 10/9 ~ 02D~ (.1%)-== O/CJQclb. ~~ -=((jWf+O,'1j~"'ti) [(i:)\23-L~~!J.] w '().o:::;. ~ ~ w (\:::=..i -r-~4 =- ( ~ )S- (l,03'3jw -+ 1) W '(\Q. -::: ~ .-.» W (\ ::::.~ o 6"o j I(; Ii Ii /I /I j Ii Ii Ii ./ II I , j Ii Ii Ii /I / ~ , I ~'\. I / I \. I / I -, / I -, / I '\. " I" i! ,/ ~'>b~ /fI !JG"j ~ i,.-R:., ; '~I V'l \.~ . / L.G / I \.'9 7 117 I ".A / ..J / I '\. " "=r ~~ / / ~~~/ I I .~ / 7 / I / '1 / I / /-:::,.. ~ 7 r., . '" ." 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