Aula 04 “Representação de Sistemas” -...
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Aula 04
“Representação de Sistemas”
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Função de Transferência
Relação entre:
Transformada Laplace da saída y(t) -
Transformada Laplace da entrada x(t)
considerando condições iniciais nulas.
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Pierre Simon Laplace, 1749-1827
X(s) = Transformada Laplace de x(t)
Y(s) = Transformada Laplace de y(t)
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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entrada (input)
saída (output)
X(s) = Transformada Laplace de x(t)
Y(s) = Transformada Laplace de y(t)
entrada (input)
saída (output)
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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carro / massa / mola
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carro / massa / mola
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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)s(U
)s(X.T.F =
carro / massa / mola
U(s) = Transformada Laplace de u(t)
X(s) = Transformada Laplace de x(t)
entrada (input)
saída (output)
entrada(input)
saída (output)
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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,uxkdt
dx
dt
xdm
2
2
=+µ+
ou
,ukxxxm =+′µ+′′
carro / massa / mola
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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==′
=+′+′′=++
0)0(x,0)0(x
,ukxxxmxkdt
dx
dt
xdm
2
2
µµ
logo,
),s(U)s(Xk)s(Xs)s(Xsm 2 =++ µ
carro / massa / mola
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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e portanto, a Função de Transferência (F.T.) é dada por
ksms
1
)s(U
)s(X.T.F
2 +µ+==
carro / massa / mola
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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movimento translacional mecânico
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movimento translacional mecânico
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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)s(U
)s(X.T.F =
movimento translacional mecânico
U(s) = Transformada Laplace de u(t)
X(s) = Transformada Laplace de x(t)
entrada (input)
saída (output)
saída(output)
entrada (input)
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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,uxkdt
dx
dt
xdm
2
2
=+µ+
,ukxxxm =+′µ+′′ou
movimento translacional mecânico
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==′
=+′+′′=++
0)0(x,0)0(x
,ukxxxmxkdt
dx
dt
xdm
2
2
µµ
logo,
),s(U)s(Xk)s(Xs)s(Xsm 2 =++ µ
movimento translacional mecânico
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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e portanto, a Função de Transferência (F.T.) torna-se
ksms
1
)s(U
)s(X.T.F
2 +µ+==
movimento translacional mecânico
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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m = 1 kg
µ = 4 N·s/m
k = 3 N/m
movimento translacional mecânico
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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m = 1 kg µ = 4 N·s/m k = 3 N/m
carro / massa / mola
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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carro / massa / mola movimento translacional mecânicoou
Já vimos que estes 2 sistemas são descritos pela mesma equação diferencial (de 2ª ordem) e têm o mesmo modelo.
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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==′
=+′+′′=++
0)0(x,0)0(x
,ux3x4xx3dt
dx4
dt
xd
2
2
carro / massa / mola movimento translacional mecânicoou
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Logo, a Função de Transferência (F.T.) é dada por
3s4s
1
)s(U
)s(X.T.F
2 ++==
carro / massa / mola movimento translacional mecânicoou
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Função de Transferência (F.T.) do sistema
carro / massa / mola movimento translacional mecânicoou
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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circuito RLC série
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circuito RLC série
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
tensão
na entrada
tensão
na saída
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)s(V
)s(V.T.F
i
o=
circuito RLC série
Vi(s) = Transformada Laplace de vi(t)
Vo(s) = Transformada Laplace de vo(t)
entrada (input)
saída (output)
saída (output)
entrada(input)
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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,vvdt
dvRC
dt
vdLC io
o
2
o
2
=++
,vvvRCvLC iooo =+′+′′ou
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
circuito RLC série
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==′
=+′+′′=++
0)0(v,0)0(v
,vvvRCvLCvdt
dvRC
dt
vdLC
oo
iooooo
2
o
2
logo,
),s(V)s(V)s(VsRC)s(VsLC iooo
2 =++
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
circuito RLC série
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e portanto, a Função de Transferência (F.T.) do sistema é dada por
1RCsLCs
1
)s(V
)s(V.T.F
2
i
o
++==
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
circuito RLC série
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R = 1000 ΩL = 250 H
C = 1,333 x 10-3 F
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
circuito RLC série
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==′
=+′+′′=++
0)0(v,0)0(v
,v3v3v4vv3dt
dv4
dt
vd
oo
iooooo
2
o
2
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
circuito RLC série
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e neste caso a Função de Transferência (F.T.) será:
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3s4s
3
)s(V
)s(V.T.F
2
i
o
++==
circuito RLC série
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Função de Transferência (F.T.)do sistema
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
circuito RLC série
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movimento rotacional mecânico
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movimento rotacional mecânico
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
momento (ou torque)
aplicado
velocidade angular
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)s(X
)s(.T.F
Ω=
velocidade angular
momento (ou torque) aplicado
Ω(s) = Transformada Laplace de ω(t)
X(s) = Transformada Laplace de x(t)
entrada (input)
saída (output)
saída(output)
entrada(input)
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
movimento rotacional mecânico
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ou
,xJ =ωµ+ω′
,x)t(dt
dJ =ωµ+ω
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
movimento rotacional mecânico
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logo,
),s(X)s()s(sJ =Ωµ+Ω
=ω
=µω+ω′=ωµ+ω
0)0(
xJdt
dJ
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
movimento rotacional mecânico
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e portanto, a Função de Transferência (F.T.) do sistema é dada por
µ+=Ω=
Js
1
)s(X
)s(.T.F
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
movimento rotacional mecânico
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J = 0,5 kg/m2
µ = 2 N∙m /rad/s
=ω
=ω+ω′=ω+ω
a)0(
,x244dt
d
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
movimento rotacional mecânico
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e neste caso, a Função de Transferência (F.T.)
4s
2
)s(X
)s(.T.F
+=Ω=
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
movimento rotacional mecânico
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Função de Transferência (F.T.)do sistema
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
movimento rotacional mecânico
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sismógrafo
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sismógrafo
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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)s(X
)s(Y.T.F
i
=
Xi(s) = Transformada Laplace de xi(t)
Y(s) = Transformada Laplace de y(t)
entrada (input)
saída (output)
deslocamento da caixa
deslocamento da massa m
saída (output)
entrada(input)
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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ou
,xmykyym i′′−=+′+′′ µ
,dt
xdmyk
dt
dy
dt
ydm
2
i
2
2
2
−=++ µ
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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logo,
=′=
′′−=+′µ+′′=+µ+
0)0(y,0)0(y
,xmykyymkydt
dy
dt
ydm i
2
2
),s(Xsm)s(Yk)s(Ys)s(Ysm i
22 −=+µ+
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
sismógrafo
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e portanto, a Função de Transferência (F.T.) do sistema é dada por
ksms
ms
)s(X
)s(Y.T.F
2
2
i +µ+−==
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Função de Transferência (F.T.)do sistema
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Função de Transferência (F.T.)
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Observe que depois de calculada a Função de Transferência (F.T.) tem a forma de polinómio/polinómio,
ou seja q(s)/p(s).
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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As raízes de q(s) são chamadas de zeros do sistema.
As raízes de p(s) são chamadas de polos do sistema.
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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O polinómio p(s) é chamado de polinómio característico
do sistema.
A equação
p(s) = 0
é chamada de equação característica do sistema.
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Função de Transferência (F.T.)do sistema
saída (output)
entrada(input)
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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saída (output)
entrada (input)
Função de Transferência (F.T.) do sistema
ou simplesmente,
Caixa preta ouBloco simples
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Diagramas de Blocos
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Com a F.T. pode-se representar sistemas em Diagramas de Blocos:
Bloco simples ou caixa-preta (black box)
Função de Transferência (F.T.)do bloco
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Diagramas de Blocos é o tema do próximo capítulo.
Blocos em cascata
Há diversos tipos de ligações possíveis nos blocos, como por exemplo, ‘blocos em cascata’:
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Blocos com realimentação:(feedback)
Bloco G(s) com realimentação unitária
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Bloco G(s) com realimentação não unitária H(s)
Blocos com realimentação:(feedback)
Representação de Sistemas______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________