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EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida O Método do Lugar das Raízes 6 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6. O Método do Lugar das Raízes 6. O Método do Lugar das Raízes 733 6.1. Introdução 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes 6.3. Roteiro para Desenhar o Lugar das Raízes 6.4. Lugar das Raizes Generalizado EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6. O Método do Lugar das Raízes 6.1. Introdução 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes 6.3. Roteiro para Desenhar o Lugar das Raízes 6.4. Lugar das Raizes Generalizado 6. O Método do Lugar das Raízes 734 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.1. Introdução O projeto de um sistema de controle pelo Método do Lugar das Raízes consiste em: Determinar a trajetória dos polos de malha fechada em função de parâmetros do sistema (ganho de malha, polo, zero, etc.), ou seja, determinar o Lugar das Raízes, ou Root Locus. Com base na análise do Lugar das Raízes, especificar um compensador e ajustar o ganho, os polos e os zeros desse compensador de modo que a localização dos polos de malha fechada corresponda ao desempenho dinâmico desejado, tanto em regime transitório quanto em regime estacionário. 6. O Método do Lugar das Raízes 735 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida Consideremos o seguinte sistema em malha fechada: 6.1. Introdução 6. O Método do Lugar das Raízes 736 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida Vamos unificar as funções de transferência no ramo direto e no ramo de realimentação: 6.1. Introdução 6. O Método do Lugar das Raízes 737 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida Vamos unificar as funções de transferência no ramo direto e no ramo de realimentação: 6.1. Introdução 6. O Método do Lugar das Raízes 738 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida Agora vamos acrescentar um ganho de malha direta �, que será variado de 0 a ∞ : 6.1. Introdução 6. O Método do Lugar das Raízes 739 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida A função de transferência de malha fechada será dada por: 6.1. Introdução 6. O Método do Lugar das Raízes 740 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 1 + �� � � � = 0 Os polos de malha fechada corresponderão às raizes da equação característica: 6.1. Introdução 6. O Método do Lugar das Raízes 741 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida Exemplo: Sistema de rastreamento automático de objetos móveis em uma camera de segurança. 6.1. Introdução 6. O Método do Lugar das Raízes 742 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida Exemplo: Sistema de rastreamento automático de objetos móveis em uma camera de segurança. 6.1. Introdução 6. O Método do Lugar das Raízes 743 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.1. Introdução 6. O Método do Lugar das Raízes 744 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.1. Introdução 6. O Método do Lugar das Raízes 745 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6. O Método do Lugar das Raízes 6.1. Introdução 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes 6.3. Roteiro para Desenhar o Lugar das Raízes 6.4. Lugar das Raizes Generalizado 6. O Método do Lugar das Raízes 746 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Seja � � � � = � � + � ��� + ⋯ + �� �� + � ��� + ⋯ + �� = ∏ � − ����� ∏ � − ����� onde � = número de zeros finitos de � � � � � = número de polos finitos de � � � � � , ��, ⋯ , �� = zeros finitos de � � � � � , ��, ⋯ , �� = polos de � � � � � ≤ � (função de transferência causal) 6. O Método do Lugar das Raízes 747 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes 6. O Método do Lugar das Raízes 748 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes 6. O Método do Lugar das Raízes 749 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes 6. O Método do Lugar das Raízes 750 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 1 – Número de Trajetórias Haverá � trajetórias, 1 para cada polo. 6. O Método do Lugar das Raízes 751 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 1 – Número de Trajetórias O lugar das raízes é composto por � trajetórias, 1 para cada polo de malha fechada. Por definição, o lugar das raízes é o conjunto dos pontos do plano complexo que correspondem aos polos de malha fechada quando � varia de 0 (início da trajetória) a ∞ (fim da trajetória). Logo, haverá 1 trajetória para cada polo de malha fechada. 6. O Método do Lugar das Raízes 752 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 2 – Simetria O Lugar das Raízes é simétrico em relação ao eixo horizontal. 6. O Método do Lugar das Raízes 753 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 2 – Simetria O Lugar das Raízes é simétrico em relação ao eixo horizontal. Como os polos com parte imaginária só ocorrem em pares conjugados, para cada trajetória atravessando o plano superior, haverá outra trajetória simétrica no plano inferior. 6. O Método do Lugar das Raízes 754 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 3 – Início e Fim das Trajetórias As � trajetórias têm início nos � polos de � � � � , sendo que � delas terminam nos � zeros finitos de � � � � e as � − � trajetórias restantes divergem para o infinito. 6. O Método do Lugar das Raízes 755 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2.Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 3 – Início e Fim das Trajetórias As � trajetórias têm início nos � polos de � � � � , sendo que � delas terminam nos � zeros finitos de � � � � e as � − � trajetórias restantes divergem para o infinito. 6. O Método do Lugar das Raízes 756 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 3 – Início e Fim das Trajetórias As � trajetórias têm início nos � polos de � � � � , sendo que � delas terminam nos � zeros finitos de � � � � e as � �� trajetórias restantes divergem para o infinito. Para � 0 (início da trajetória), os polos de malha fechada corresponderão às raízes de � � �! � , ou seja, aos polos de � � � � . 6. O Método do Lugar das Raízes 757 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 3 – Início e Fim das Trajetórias As � trajetórias têm início nos � polos de � � � � , sendo que � delas terminam nos � zeros finitos de � � � � e as � �� trajetórias restantes divergem para o infinito. Para � 0 (início da trajetória), os polos de malha fechada corresponderão às raízes de � � �! � , ou seja, aos polos de � � � � . Para � ∞ (fim da trajetória), � polos de malha fechada corresponderão às raízes de " � "! � , ou seja, aos zeros de � � � � , enquanto que os outros � � � polos se tornarão infinitos em módulo. 6. O Método do Lugar das Raízes 758 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 4 – Condição Angular Um ponto do plano �∗ faz parte do Lugar das Raízes se e somente se $ /� − �� � �� − $ /� − �� � �� = ±180( 2� + 1 , � = 0, 1, 2, ⋯ 6. O Método do Lugar das Raízes 759 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 4 – Condição Angular Um ponto do plano �∗ faz parte do Lugar das Raízes se e somente se $ /� − �� � �� − $ /� − �� � �� = ±180( 2� + 1 , � = 0, 1, 2, ⋯ � � � � = ∏ � − �� ��� ∏ � − ����� Pela condição de modulo, /� � � � = ∑ /� − ����� − ∑ /� − ����� = 180( 6. O Método do Lugar das Raízes 760 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 4 – Condição Angular Um ponto do plano �∗ faz parte do Lugar das Raízes se e somente se $ /� − �� � �� − $ /� − �� � �� = ±180( 2� + 1 , � = 0, 1, 2, ⋯ � � � � = ∏ � − �� ��� ∏ � − ����� Pela condição de modulo, /� � � � = ∑ /� − ����� − ∑ /� − ����� = 180( 6. O Método do Lugar das Raízes 761 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 5 – Interseção com o Eixo Real Fazem parte do Lugar das Raízes os segmentos do eixo real situados à esquerda de um número ímpar de polos e/ou zeros reais. 6. O Método do Lugar das Raízes 762 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 5 – Interseção com o Eixo Real Fazem parte do Lugar das Raízes os segmentos do eixo real situados à esquerda de um número ímpar de polos e/ou zeros reais. -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 -1 -0.5 0 0.5 1 Cada zero à direita de um ponto de teste contribui com +180o = 180o. Cada polo à direita de um ponto de teste contribui com –180o = 180o. Polos ou zeros à esquerda de um ponto de teste contribuem com 0o. Pares de polos ou zeros complexos conjugados contribuem com 0o. Portanto, a soma dos ângulos será 0o se o número de polos/zeros à direita do ponto de teste for par, ou 180o se for ímpar . 6. O Método do Lugar das Raízes 763 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 6 – Assíntotas das Trajetórias Divergentes As � − � trajetórias que divergem para o infinito aproximam-se assintoticamente de � − � retas cujos ângulos em relação ao eixo real são dados por +, = 180( � − � 2� + 1 , � = 0,1,2, ⋯ , � − � − 1 Estas � − � retas se interceptam no ponto -, do eixo real, dado por -, = ∑ ����� − ∑ ����� � − � Demonstração: ver no Apêndice M.1 do livro do Norman Nise 6. O Método do Lugar das Raízes 764 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 6 – Assíntotas das Trajetórias Divergentes As � − � trajetórias que divergem para o infinito aproximam-se assintoticamente de � − � retas cujos ângulos em relação ao eixo real são dados por +, = 180( � − � 2� + 1 , � = 0,1,2, ⋯ , � − � − 1 Estas � − � retas se interceptam no ponto -, do eixo real, dado por -, = ∑ ����� − ∑ ����� � − � Exemplo: 6. O Método do Lugar das Raízes 765 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 6 – Assíntotas das Trajetórias Divergentes As � − � trajetórias que divergem para o infinito aproximam-se assintoticamente de � − � retas cujos ângulos em relação ao eixo real são dados por +, = 180( � − � 2� + 1 , � = 0,1,2, ⋯ , � − � − 1 Estas � − � retas se interceptam no ponto -, do eixo real, dado por -, = ∑ ����� − ∑ ����� � − � Exemplo: 6. O Método do Lugar das Raízes 766 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 6 – Assíntotas das Trajetórias Divergentes As � − � trajetórias que divergem para o infinito aproximam-se assintoticamente de � − � retas cujos ângulos em relação ao eixo real são dados por +, = 180( � − � 2� + 1 , � = 0,1,2, ⋯ , � − � − 1 Estas � − � retas se interceptam no ponto -, do eixo real, dado por -, = ∑ ����� − ∑ ����� � − � Exemplo: 6. O Método do Lugar das Raízes 767 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 6 – Assíntotas das Trajetórias Divergentes As � − � trajetórias que divergem para o infinito aproximam-se assintoticamente de � − � retas cujos ângulos em relação ao eixo real são dados por +, = 180( � − � 2� + 1 , � = 0,1,2, ⋯ , � − � − 1 Estas � − � retas se interceptam no ponto -, do eixo real, dado por -, = ∑ ����� − ∑ ����� � − � Exemplo: 6. O Método do Lugar das Raízes 768 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 7 – Pontos de Partida e de Chegada no Eixo Real Os pontos de partida e de chegada das trajetórias no eixo real são os pontos do Lugar das Raízes que satisfazem .′ � 0 � − . � 0′ � = 0 , onde 0 � e . � são o numerador e o denominador de � � � � , respectivamente. 6. O Método do Lugar das Raízes 769 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade7 – Pontos de Partida e de Chegada no Eixo Real Os pontos de partida e de chegada das trajetórias no eixo real são os pontos do Lugar das Raízes que satisfazem .′ � 0 � − . � 0′ � = 0 , onde 0 � e . � são o numerador e o denominador de � � � � , respectivamente. A equação característica 1 � �� � � � 0 pode ser reescrita como o polinomio . � � �0 � 0, onde 0 � é o numerador e . � é o denominador de � � � � . 6. O Método do Lugar das Raízes 770 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 7 – Pontos de Partida e de Chegada no Eixo Real Os pontos de partida e de chegada das trajetórias no eixo real são os pontos do Lugar das Raízes que satisfazem .′ � 0 � − . � 0′ � = 0 , onde 0 � e . � são o numerador e o denominador de � � � � , respectivamente. A equação característica 1 � �� � � � 0 pode ser reescrita como o polinomio . � � �0 � 0, onde 0 � é o numerador e . � é o denominador de � � � � . Devido à propriedade da simetria, os pontos de partida e chegada são necessariamente raizes de multiplicidade par do polinômio . � � �0 � 0. 6. O Método do Lugar das Raízes 771 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 7 – Pontos de Partida e de Chegada no Eixo Real Os pontos de partida e de chegada das trajetórias no eixo real são os pontos do Lugar das Raízes que satisfazem .′ � 0 � − . � 0′ � = 0 , onde 0 � e . � são o numerador e o denominador de � � � � , respectivamente. A equação característica 1 � �� � � � 0 pode ser reescrita como o polinomio . � � �0 � 0, onde 0 � é o numerador e . � é o denominador de � � � � . Devido à propriedade da simetria, os pontos de partida e chegada são necessariamente raizes de multiplicidade par do polinômio . � � �0 � 0. Uma raiz múltipla de um polinômio também é raiz da derivada deste polinômio. 6. O Método do Lugar das Raízes 772 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 7 – Pontos de Partida e de Chegada no Eixo Real Os pontos de partida e de chegada das trajetórias no eixo real são os pontos do Lugar das Raízes que satisfazem .′ � 0 � − . � 0′ � = 0 , onde 0 � e . � são o numerador e o denominador de � � � � , respectivamente. A equação característica 1 � �� � � � 0 pode ser reescrita como o polinomio . � � �0 � 0, onde 0 � é o numerador e . � é o denominador de � � � � . Devido à propriedade da simetria, os pontos de partida e chegada são necessariamente raizes de multiplicidade par do polinômio . � � �0 � 0. Uma raiz múltipla de um polinômio também é raiz da derivada deste polinômio. Logo, toda raiz múltipla de . � � �0 � 0 é raiz de .′ � � �0′ � 0 e portanto satisfaz . � 0 �⁄ .′ � 0′ �⁄ , ou .′ � 0 � � . � 0′ � 0 6. O Método do Lugar das Raízes 773 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 7 – Pontos de Partida e de Chegada no Eixo Real Os pontos de partida e de chegada das trajetórias no eixo real são os pontos do Lugar das Raízes que satisfazem .′ � 0 � − . � 0′ � = 0 , onde 0 � e . � são o numerador e o denominador de � � � � , respectivamente. A equação característica 1 � �� � � � 0 pode ser reescrita como o polinomio . � � �0 � 0, onde 0 � é o numerador e . � é o denominador de � � � � . Devido à propriedade da simetria, os pontos de partida e chegada são necessariamente raizes de multiplicidade par do polinômio . � � �0 � 0. Uma raiz múltipla de um polinômio também é raiz da derivada deste polinômio. Logo, toda raiz múltipla de . � � �0 � 0 é raiz de .′ � � �0′ � 0 e portanto satisfaz . � 0 �⁄ .′ � 0′ �⁄ , ou .′ � 0 � � . � 0′ � 0 Portanto, os pontos de partida e chegada serão todas as raízes de .′ � 0 � � . � 0′ � 0 que pertencerem ao Lugar das Raízes. 6. O Método do Lugar das Raízes 774 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 7 – Pontos de Partida e de Chegada no Eixo Real Os pontos de partida e de chegada das trajetórias no eixo real são os pontos do Lugar das Raízes que satisfazem .′ � 0 � − . � 0′ � = 0 , onde 0 � e . � são o numerador e o denominador de � � � � , respectivamente. Exemplo: 6. O Método do Lugar das Raízes 775 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 7 – Pontos de Partida e de Chegada no Eixo Real Os pontos de partida e de chegada das trajetórias no eixo real são os pontos do Lugar das Raízes que satisfazem .′ � 0 � − . � 0′ � = 0 , onde 0 � e . � são o numerador e o denominador de � � � � , respectivamente. Exemplo: 2� + 3 �� − 8� � 15 − �� + 3� + 2 2� − 8 0 2�4 − 16�� + 30� + 3�� − 24� + 45 − 2�4 + 6�� + 4� + 8�� � 24� � 16 = 0 −11�� + 26� + 61 = 0 Ponto de Partida em −1.45 e ponto de chegada em +3.82 6. O Método do Lugar das Raízes 776 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 8 – Cruzamento com o Eixo Imaginário O Lugar das Raízes cruza o eixo imaginário nos pontos onde alguma das raízes do polinômio característico tem parte real nula. 6. O Método do Lugar das Raízes 777 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 8 – Cruzamento com o Eixo Imaginário O Lugar das Raízes cruza o eixo imaginário nos pontos onde alguma das raízes do polinômio característico tem parte real nula. O cruzamento com o eixo imaginário pode ser obtido solucionando-se a equação característica �� � � � = −1 para � 89. 6. O Método do Lugar das Raízes 778 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 8 – Cruzamento com o Eixo Imaginário O Lugar das Raízes cruza o eixo imaginário nos pontos onde alguma das raízes do polinômio característico tem parte real nula. O cruzamento com o eixo imaginário pode ser obtido solucionando-se a equação característica �� � � � = −1 para � 89. Exemplo: � � � � : :; :;� 6. O Método do Lugar das Raízes 779 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 8 – Cruzamento com o Eixo Imaginário O Lugar das Raízes cruza o eixo imaginário nos pontos onde alguma das raízes do polinômio característico tem parte real nula. O cruzamento com o eixo imaginário pode ser obtido solucionando-se a equação característica �� � � � = −1 para � 89. Exemplo: � � � � : :; :;� Neste caso < �= �=; �=;� �1 � 08, logo 9 & 2> para � = 6. 6. O Método do Lugar das Raízes 780 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 8 – Cruzamento com o Eixo Imaginário O Lugar das Raízes cruza o eixo imaginário nos pontos onde alguma das raízes do polinômio característico tem parte real nula. O cruzamentocom o eixo imaginário pode ser obtido solucionando-se a equação característica �� � � � = −1 para � 89. Exemplo: � � � � : :; :;� Neste caso < �= �=; �=;� �1 � 08, logo 9 & 2> para � = 6. Pode-se também utilizar o critério de Routh para encontrar os valores de � para os quais o sistema em malha fechada fica criticamente estável e, em seguida, encontrar os valores correspondentes de 9 igualando a parte real do polinômio característico a zero (somente as potências pares de � terão parte real não nula). 6. O Método do Lugar das Raízes 781 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 9 – Ângulos de partida/chegada nos polos/zeros complexos O ângulo de chegada da trajetória em um zero complexo é dado por + �? = 180( − ∑ /�? − ����� �@? + ∑ /�? − ����� O ângulo de chegada da trajetória em um polo complexo é dado por + �? = 180( − ∑ /�? − ����� �@? + ∑ /�? − ����� 6. O Método do Lugar das Raízes 782 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 9 – Ângulos de partida/chegada nos polos/zeros complexos O ângulo de chegada da trajetória em um zero complexo é dado por + �? = 180( � ∑ /�? � ����� �@? � ∑ /�? � �� � �� O ângulo de chegada da trajetória em um polo complexo é dado por + �? 180 ( � ∑ /�? � �� � �� �@? � ∑ /�? � �� � �� Condição angular : ∑ /� � ����� � ∑ /� � ����� 180( 6. O Método do Lugar das Raízes 783 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 9 – Ângulos de partida/chegada nos polos/zeros complexos O ângulo de chegada da trajetória em um zero complexo é dado por + �? = 180( � ∑ /�? � ����� �@? � ∑ /�? � �� � �� O ângulo de chegada da trajetória em um polo complexo é dado por + �? 180 ( � ∑ /�? � �� � �� �@? � ∑ /�? � �� � �� Condição angular : ∑ /� � ����� � ∑ /� � ����� 180( Para � muito próximo de �� : /� � �� 180 ( � ∑ /�? � �� � �� �@? � ∑ /�? � �� � �� 6. O Método do Lugar das Raízes 784 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 9 – Ângulos de partida/chegada nos polos/zeros complexos O ângulo de chegada da trajetória em um zero complexo é dado por + �? = 180( � ∑ /�? � ����� �@? � ∑ /�? � �� � �� O ângulo de chegada da trajetória em um polo complexo é dado por + �? 180 ( � ∑ /�? � �� � �� �@? � ∑ /�? � �� � �� Condição angular : ∑ /� � ����� � ∑ /� � ����� 180( Para � muito próximo de �� : /� � �� 180 ( � ∑ /�? � �� � �� �@? � ∑ /�? � �� � �� Para � muito próximo de �� : /� � �� 180 ( � ∑ /�? � �� � �� �@? � ∑ /�? � �� � �� 6. O Método do Lugar das Raízes 785 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 9 – Ângulos de partida/chegada nos polos/zeros complexos O ângulo de chegada da trajetória em um zero complexo é dado por + �? = 180( − ∑ /�? − ����� �@? + ∑ /�? − ����� O ângulo de chegada da trajetória em um polo complexo é dado por + �? = 180( − ∑ /�? − ����� �@? + ∑ /�? − ����� Exemplo: 6. O Método do Lugar das Raízes 786 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 9 – Ângulos de partida/chegada nos polos/zeros complexos O ângulo de chegada da trajetória em um zero complexo é dado por + �? = 180( − ∑ /�? − ����� �@? + ∑ /�? − ����� O ângulo de chegada da trajetória em um polo complexo é dado por + �? = 180( − ∑ /�? − ����� �@? + ∑ /�? − ����� Exemplo: 6. O Método do Lugar das Raízes 787 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 9 – Ângulos de partida/chegada nos polos/zeros complexos O ângulo de chegada da trajetória em um zero complexo é dado por + �? = 180( − ∑ /�? − ����� �@? + ∑ /�? − ����� O ângulo de chegada da trajetória em um polo complexo é dado por + �? = 180( − ∑ /�? − ����� �@? + ∑ /�? − ����� Exemplo: 6. O Método do Lugar das Raízes 788 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 1 – Número de Trajetórias Haverá � trajetórias, 1 para cada polo. Propriedade 2 – Simetria O Lugar das Raízes é simétrico em relação ao eixo horizontal. Propriedade 3 – Início e Fim das Trajetórias As � trajetórias têm início nos � polos de � � � � , sendo que � delas terminam nos � zeros finitos de � � � � e as � − � trajetórias restantes divergem para o infinito. 6. O Método do Lugar das Raízes 789 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 4 – Condição Angular Um ponto do plano �∗ faz parte do Lugar das Raízes se e somente se $ /� − �� � �� − $ /� − �� � �� = ±180( 2� + 1 , � = 0, 1, 2, ⋯ Propriedade 5 – Interseção com o Eixo Real Fazem parte do Lugar das Raízes os segmentos do eixo real situados à esquerda de um número ímpar de polos e/ou zeros reais. 6. O Método do Lugar das Raízes 790 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 6 – Assíntotas das Trajetórias Divergentes As � − � trajetórias que divergem para o infinito aproximam-se assintoticamente de � − � retas cujos ângulos em relação ao eixo real são dados por +, = 180( � − � 2� + 1 , � = 0,1,2, ⋯ , � − � − 1 Estas � − � retas se interceptam no ponto -, do eixo real, dado por -, = ∑ ����� − ∑ ����� � − � Propriedade 7 – Pontos de Partida e de Chegada no Eixo Real Os pontos de partida e de chegada das trajetórias no eixo real são os pontos do Lugar das Raízes que satisfazem .′ � 0 � − . � 0′ � = 0 , onde 0 � e . � são o numerador e o denominador de � � � � , respectivamente. 6. O Método do Lugar das Raízes 791 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes Propriedade 8 – Cruzamento com o Eixo Imaginário O Lugar das Raízes cruza o eixo imaginário nos pontos onde alguma das raízes do polinômio característico tem parte real nula. Propriedade 9 – Ângulos de partida/chegada nos polos/zeros complexos O ângulo de chegada da trajetória em um zero complexo é dado por + �? = 180( − ∑ /�? − ����� �@? + ∑ /�? − ����� O ângulo de chegada da trajetória em um polo complexo é dado por + �? = 180( − ∑ /�? − ����� �@? + ∑ /�? − ����� 6. O Método do Lugar das Raízes 792 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6. O Método do Lugar das Raízes 6.1. Introdução 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes 6.3. Roteiro para Desenhar o Lugar das Raízes 6.4. Lugar das Raizes Generalizado 6. O Método do Lugar das Raízes 793 EEL660– Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.3. Roteiro para Desenhar o Lugar das Raízes Passo 1 : Marcar os polos e zeros de � � � � . Passo 2 : Marcar segmentos do eixo real à esquerda de no ímpar de polos/zeros. Passo 3 : Traçar � − � assíntotas com ângulos +, = ABC��� 2� + 1 , � = 1,2, ⋯ , � − � interceptando-se em -, = ∑ DEFEGH �∑ IJKJGH ��� . Passo 4 : Marcar os pontos de partida e de chegada no eixo real, que são as raízes de .′ � 0 � − . � 0′ � = 0 , onde 0 � . �⁄ = � � � � . Passo 5 : Marcar os pontos de cruzamento com o eixo Imaginário, resolvendo �� 89 � 89 = −1. Passo 6 – Marcar os ângulos de partida/chegada nos polos/zeros complexos: + �? = 180( − ∑ /�? − ����� �@? + ∑ /�? − ����� + �? = 180( − ∑ /�? − ����� �@? + ∑ /�? − ����� 6. O Método do Lugar das Raízes 794 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.3. Roteiro para Desenhar o Lugar das Raízes Exercícios Desenhe o Lugar das Raízes para as seguintes funções de transferência de malha aberta, presumindo realimentação unitária (confira no Matlab!) : a) d) g) b) e) h) c) f) i) 6. O Método do Lugar das Raízes 795 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.3. Roteiro para Desenhar o Lugar das Raízes Formatos Típicos do Lugar das Raízes 6. O Método do Lugar das Raízes 796 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.3. Roteiro para Desenhar o Lugar das Raízes Formatos Típicos do Lugar das Raízes 6. O Método do Lugar das Raízes 797 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6. O Método do Lugar das Raízes 6.1. Introdução 6.2. Propriedades do Lugar das Raízes 6.3. Roteiro para Desenhar o Lugar das Raízes 6.4. Lugar das Raizes Generalizado 6. O Método do Lugar das Raízes 798 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.4. Lugar das Raízes Generalizado Podemos também utilizar o método do Lugar das Raízes para determinar a trajetória dos polos de malha fechada em função de outros parâmetros que não sejam o ganho de malha aberta, tais como polos, zeros ou coeficientes polinomiais dos blocos que compõem o sistema. 6. O Método do Lugar das Raízes 799 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.4. Lugar das Raízes Generalizado Podemos também utilizar o método do Lugar das Raízes para determinar a trajetória dos polos de malha fechada em função de outros parâmetros que não sejam o ganho de malha aberta, tais como polos, zeros ou coeficientes polinomiais dos blocos que compõem o sistema. 6. O Método do Lugar das Raízes 800 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.4. Lugar das Raízes Generalizado Podemos também utilizar o método do Lugar das Raízes para determinar a trajetória dos polos de malha fechada em função de outros parâmetros que não sejam o ganho de malha aberta, tais como polos, zeros ou coeficientes polinomiais dos blocos que compõem o sistema. 6. O Método do Lugar das Raízes 801 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.4. Lugar das Raízes Generalizado Podemos também utilizar o método do Lugar das Raízes para determinar a trajetória dos polos de malha fechada em função de outros parâmetros que não sejam o ganho de malha aberta, tais como polos, zeros ou coeficientes polinomiais dos blocos que compõem o sistema. 6. O Método do Lugar das Raízes 802 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.4. Lugar das Raízes Generalizado Podemos também utilizar o método do Lugar das Raízes para determinar a trajetória dos polos de malha fechada em função de outros parâmetros que não sejam o ganho de malha aberta, tais como polos, zeros ou coeficientes polinomiais dos blocos que compõem o sistema. 6. O Método do Lugar das Raízes 803 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.4. Lugar das Raízes Generalizado Podemos também utilizar o método do Lugar das Raízes para determinar a trajetória dos polos de malha fechada em função de outros parâmetros que não sejam o ganho de malha aberta, tais como polos, zeros ou coeficientes polinomiais dos blocos que compõem o sistema. 6. O Método do Lugar das Raízes 804 EEL660 – Controle Linear 1 Prof. Heraldo L. S. Almeida 6.4. Lugar das Raizes Generalizado Exercício – Determine o Lugar das Raizes dos polos do sistema em malha fechada abaixo em função do parâmetro p 1 . 6. O Método do Lugar das Raízes 805
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