Capítulo 6 - Engenharia Elétrica...Capítulo 6: Estabilidade 2 Pólos em malha fechada e resposta:...

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Capítulo 6

Estabilidade

Adaptado de: 3a ed. Engenharia de Sistemas de Controle -

Norman S. Nise

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Capítulo 6: Estabilidade

2

Pólos em malha fechada e resposta: a. sistema estável; b. sistema instável

Sistema estável

Tempo (s)

Plano s

Pólos do sistema a malha fechada estáveis

(fora de escala)

Sistema instável

Tempo (s) Pólos do sistema a

malha fechada instáveis (fora de escala)

Plano s

Capítulo 6: Estabilidade

3

Causa comum de problemas na determinação de pólos a malha fechada: a. sistema original; b. sistema equivalente

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4 Copyright © 2003 LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. Copyright © 2000 John Wiley, Inc.

Função de transferência a malha fechada equivalente

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Tabela 6.1 Leiaute inicial da tabela de Routh

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Tabela 6.2 Tabela de Routh completa

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Fig. 6.4 a. Sistema com retroação do Exemplo 6.1; b. sistema a malha fechada equivalente

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Tabela 6.3 Tabela de Routh completa para o Exemplo 6.1

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Tabela 6.4 Tabela de Routh completa para o Exemplo 6.2

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Tabela 6.5 Determinação dos sinais na primeira coluna de uma Tabela de Routh com zero na primeira coluna de uma linha

Rótulo Primeira coluna

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Tabela 6.6 Tabela de Routh para o Exemplo 6.3

4,2

1,33

1,4

-1,75

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Tabela 6.7 Tabela de Routh para o Exemplo 6.4

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Fig. 6.5 Localização das raízes para a geração de polinômios pares: A, B, C ou qualquer das combinações A: Reais e simétricas em relação à origem

B: Imaginárias e simétricas em relação à origem C:Quadrantais e simétricas em relação à origem

Plano s

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Tabela 6.8 Tabela de Routh para o Exemplo 6.5

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Tabela 6.9 Resumo da localização de pólos para o Exemplo 6.5

Par (quarta ordem)

Resto (quarta ordem)

Total (oitava ordem)

Nota: spd = semiplano da direita; spe = semiplano da esquerda

spd spe spd spe

spd spe

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Fig. 6.6 Sistema de controle com retroação para o Exemplo 6.6

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Tabela 6.10 Tabela de Routh para o Exemplo 6.6

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Fig. 6.7 Sistema de controle com retroação para Exemplo 6.7

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Tabela 6.11 Tabela de Routh para o Exemplo 6.7

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Tabela 6.12 Tabela de Routh alternativa para o Exemplo 6.7

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Fig. 6.8 Sistema de controle com retroação para o Exemplo 6.8

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Tabela 6.13 Tabela de Routh para o Exemplo 6.8

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Tabela 6.14 Resumo da localização de pólos para o Exemplo 6.8

Nota: spd = semiplano da direita; spe = semiplano da esquerda

Par (sexta ordem)

Resto (segunda ordem)

Total (oitava ordem)

spd spe

spd spe

spd spe

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Fig. 6.9 Jason é um veículo subaquático controlado remotamente que foi usado para explorar os destroços do Lusitânia. O manipulador e a câmara constituem alguns dos sistemas de controle do veículo.

Cortesia de Woods Hole Oceanographic Institution.

Sinalizador de Emergência

Câmara de Vídeo

Câmara Filmadora Fixa

Rádio-farol de Emergência

Sistema

de Emersão Propulsores

(1 de 7)

Módulo de Flutuação (1200 lb) Cabo de

Fibra Óptica

Array de Transceptores de Varredura Lateral

(1 de 2)

Armação Tubular em Alumínio

Caixa de Conexões de Fios (1 de 2)

Altímetro Estojo de Telemetria com Lasers

Estojo da Eletrônica do Manipulador Estojo do Computador com Giroscópios

Estojo da Eletrônica do Sonar de Varredura Lateral

Bússola Eletrônica

Holofotes de 250 W (1 de 8)

Flash para a Fotografia Fixa

Câmara de Vídeo

Unidade de Pan & Tilt Manipulador com

Ferramenta

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Fig. 6.10 Sistema de controle com retroação para o Exemplo 6.9

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Fig. 6.11 O Robô FANUC M-400 pode ser configurado com 4 ou 5 graus de liberdade. É visto aqui movimentando e empilhando caixas.

Cortesia de Fanuc Robotics.

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27 Copyright © 2003 LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. Copyright © 2000 John Wiley, Inc.

Tabela 6.15 Tabela de Routh para o Exemplo 6.9

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Tabela 6.16 Tabela de Routh para o Exemplo 6.9 com K = 1386

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Tabela 6.17 Tabela de Routh para o Exemplo 6.10

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Tabela 6.18 Tabela de Routh para o Exemplo 6.11

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Tabela 6.19 Tabela de Routh para o estudo de caso do controle de uma antena

101,71 6,63K

6,63K

6,63K 17392,41

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Tabela 6.20 Tabela de Routh para o estudo de caso do veículo UFSS

Nota:Algumas linhas foram multiplicadas por uma constante positiva, por conveniência

3,457 0,0416 + 0,109 K1

3,456 0,719 + 0,25 K1

0,144 + 0,377 K1 11,228 - 0,25 K1

11,228 - 0,25 K1

0,144 + 0,377 K1

-0,0625K12 + 1,3241K1 + 7,575

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Fig. P6.1

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Fig. P6.2

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Fig. P6.3

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Fig. P6.4

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37 Copyright © 2003 LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. Copyright © 2000 John Wiley, Inc.

Fig. P6.5

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Fig. P6.6

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Fig. P6.7

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Fig. P6.8

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Fig. P6.9

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Fig. P6.10 Sistema a malha fechada com gráfico dos pólos

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Fig. P6.11 Modelo da malha de arfagem de um avião

Controlador Dinâmica da aeronave Ângulo de arfagem

Giroscópio

Ângulo de arfagem

comandado 0,6 4,85

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Fig. P6.12 Diagrama de blocos de um sistema de controle de processo químico

Futuro controlador

PID Amplificador

Atuador e

válvula

Processo químico de calor Temperatura

real

Sensor de temperatura

Ponto de ajuste com a

temperatura desejada

0,25 1,7 0,7

0,4

0,1 0,1

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Fig. P6.13 a. Soft Arm usado para alimentar pessoas; b. diagrama de blocos simplificado

Cortesia de Kazuhiko Kawamura, Vanderbilt University.

Posição desejada

da colher, R(s) Controlador

0,01

Atuador especial de borracha e carga

Posição real da colher, C(s)

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Fig. P6.14 Controle do ângulo de rolamento de um veículo rebocado

Ângulo de rolamento

comandado Compensador Atuador Dinâmica

de rolamento

Ângulo de rolamento

real

0,6 0,1

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Fig. P6.15 Sistema de controle da força de corte

© 1997 ASME.

Força desejada Controlador Processo a controlar

Força Real

2,5

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Fig. P6.16 a. Sistema de transporte com levitação magnética; b. diagrama de blocos simplificado (© 1998 IEEE)

© Japan Air Lines/ Photo Researchers.

Controlador

Processo

0,8 62,61 62,61

Processo a Controlar

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Tabela 6.1 Leiaute inicial da tabela de Routh

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Tabela 6.2 Tabela de Routh Completa

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Tabela 6.3 Tabela de Routh completa para o Exemplo 6.1

Capítulo 6: Estabilidade

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Tabela 6.4 Tabela de Routh completa para o Exemplo 6.2

Capítulo 6: Estabilidade

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Tabela 6.5 Determinação dos sinais na primeira coluna de uma Tabela de Routh com zero na primeira coluna de uma linha

Rótulo Primeira coluna

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Tabela 6.6 Tabela de Routh para o Exemplo 6.3

4,2

1,33

1,4

-1,75

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Tabela 6.7 Tabela de Routh para o Exemplo 6.4

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Tabela 6.8 Tabela de Routh para o Exemplo 6.5

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Tabela 6.9 Resumo da localização de pólos para o Exemplo 6.5

Par (quarta ordem)

Resto (quarta ordem)

Total (oitava ordem)

Nota: spd = semiplano da direita; spe = semiplano da esquerda

spd spe spd spe

spd spe

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Tabela 6.10 Tabela de Routh para o Exemplo 6.6

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Tabela 6.11 Tabela de Routh para o Exemplo 6.7

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Tabela 6.12 Tabela de Routh alternativa para o Exemplo 6.7

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Tabela 6.13 Tabela de Routh para o Exemplo 6.8

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Tabela 6.14 Resumo da localização de pólos para o Exemplo 6.8

Nota: spd = semiplano da direita; spe = semiplano da esquerda

Par (sexta ordem)

Resto (segunda ordem)

Total (oitava ordem)

spd spe

spd spe

spd spe

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Tabela 6.15 Tabela de Routh para o Exemplo 6.9

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Tabela 6.16 Tabela de Routh para o Exemplo 6.9 com K = 1386

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Tabela 6.17 Tabela de Routh para o Exemplo 6.10

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Tabela 6.18 Tabela de Routh para o Exemplo 6.11

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Tabela 6.19 Tabela de Routh para o estudo de caso do controle de uma antena

101,71 6,63K

6,63K

6,63K 17392,41

Capítulo 6: Estabilidade

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Tabela 6.20 Tabela de Routh para o estudo de caso do veículo UFSS

Nota: Algumas linhas foram multiplicadas por uma constante positiva, por conveniência

3,457 0,0416 + 0,109 K1

3,456 0,719 + 0,25 K1

0,144 + 0,377 K1 11,228 – 0,25 K1

11,228 – 0,25 K1

0,144 + 0,377 K1

–0,0625K12 + 1,3241K1 + 7,575