analise dinâmica linear - aula 12

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ADL 12 Procedimentos para construção de diagramas de blocos 1) Identificar os sinais (correntes, tensões, deslocamentos, velocidades, forças ou análogos) como: Entradas Saídas Sinais Intermediários: Dar preferência a voltagem em capacitores, corrente em indutores, velocidade de massas, compressão de molas ou análogos. 2) Escrever as equações dos componentes utilizando apenas os sinais já definidos. Todas as saídas e sinais intermediários devem ser gerados pelas equações 3) Tomar a transformada de Laplace admitindo condições iniciais nulas 4) Montagem dos blocos representativos iniciando pelas entradas à esquerda, sinais intermediários, pela ordem de geração até as saídas à direita. Fazer todas as interconexões. Exemplo 1: Circuito RLC 1) Sinais: Entrada: v(t) Saída: v c (t) S. Intermediários: i(t) (observe que a tensão no capacitor já foi considerada) 2) Equações e T. de Laplace (1 equação para cada S. Intermediário, 1 equação para cada saída) )) ( ) ( ( 1 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( s V s V R Ls s I s V s V s RI s LsI t v t v t Ri dt t di L C C C - + = = + + = + + ) ( 1 ) ( ) ( ) ( 0 1 s I sC s V d i t v C t C C = = τ τ 4) Montagem

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Page 1: Analise Dinâmica Linear - Aula 12

ADL 12

Procedimentos para construção de diagramas de blocos1) Identificar os sinais (correntes, tensões, deslocamentos, velocidades, forças ou análogos) como:

• Entradas

• Saídas

• Sinais Intermediários: Dar preferência a voltagem em capacitores, corrente em indutores,

velocidade de massas, compressão de molas ou análogos.

2) Escrever as equações dos componentes utilizando apenas os sinais já definidos. Todas as

saídas e sinais intermediários devem ser gerados pelas equações

3) Tomar a transformada de Laplace admitindo condições iniciais nulas

4) Montagem dos blocos representativos iniciando pelas entradas à esquerda, sinais

intermediários, pela ordem de geração até as saídas à direita. Fazer todas as interconexões.

Exemplo 1: Circuito RLC

1) Sinais:

• Entrada: v(t)

• Saída: vc(t)

• S. Intermediários: i(t) (observe que a tensão no capacitor já foi considerada)

2) Equações e T. de Laplace (1 equação para cada S. Intermediário, 1 equação para

cada saída)

))()((1

)(

)()()()(

)()()()(

sVsVRLs

sI

sVsVsRIsLsI

tvtvtRidt

tdiL

C

C

C

−+

=

=++

=++

)(1

)(

)()(0

1

sIsC

sV

ditv

C

t

CC

=

= � ττ

4) Montagem

Page 2: Analise Dinâmica Linear - Aula 12

V(s) +

1

Ls + R

I(s) 1

Cs

Vc(s)

_

Exemplo2: Sistema mecânico

1) Sinais:

• Entrada: f(t)

• Saída: x(t)

• S. Intermediários: v(t) (velocidade da massa)

2) Equações e T. de Laplace (1 equação para cada S. Intermediário, 1

equação para cada saída)

{ }

)(1

)(

)()(

)()(1

)(

)()()()(

0

sVs

sX

dvtx

sKXsFbsM

sV

tKxtbvtfdt

tdvM

t

=

=

−+

=

−−=

� ττ

4) Diagrama

F(s) +

V(s) 1

s

1

sM + b

K

X(s)

-

Observe que os diagramas acima podem ser utilizados para gerar um modelo em espaço de estados, bastando apenas associar uma variável de estado à saída de cada bloco integrador. No caso mais geral, qualquer bloco do tipo K/(s + a) pode ter uma variável de estado associada à sua saída, porém, blocos do tipo bs + K não tem variáveis de estado associadas.

No 1o exemplo,

12

2

1

)(1

)(

xC

x

sIsC

sVx C

=

==

)(11

)(

))()((1

)(

211

211

1

tvL

xL

xLR

x

tvxRxxL

sVsVRLs

sIx C

+−−=

+−=+

−+

==

No 2o exemplo,

12

2 )(1

)(

xx

sVs

sXx

=

==

{ }

)(1

)()(1

)(

211

1

tfM

xMK

xMb

x

sKXsFbsM

sVx

+−−=

−+

==

Page 3: Analise Dinâmica Linear - Aula 12

Exemplo3: Circuito R2CL

1) Sinais:

• Entrada: vi(t)

• Saída: v0(t)

• S. Intermediários: vC1(t), iR(t), iL(t)

2) Equações e T. de Laplace (1 equação para cada S. Intermediário, 1 equação para cada

saída)

[ ]�

+=

=

++−=

+=

t

RLC

t

R

RL

LCi

diiC

tv

diC

tv

tvtRidt

tdiL

dttdi

Ltvtv

011

020

0

1

)()(1

)(

)(1

)(

)()()(

0

)()()(

τττ

ττ

[ ]

[ ]

[ ])()(1

)(

)(1

)(

)()(1

)(

)()(1

)(

11

20

0

1

sIsIsC

sV

sIsC

sV

sVssLIR

sI

sVsVsL

sI

RLC

R

LR

CiL

+=

=

−=

−=

_

1

sL IL(s) +

+ 1

sC1

VC1(s) _

1

R IR(s)

1

sC2

V0(s) + Vi(s) +

4) Diagrama

Onde IR(s) foi gerado pela junção das duas primeiras equações

[ ])()()(1

)(

)()()(

01

1

sVsVsVR

sI

sVsVssLI

CiR

CiL

−−=

−=

Page 4: Analise Dinâmica Linear - Aula 12

Exercício para avaliação 3:Utilize os princípios acima para desenhar um diagrama de blocos e o correspondente modelo em espaço de estados do sistema hidráulico abaixo

+

-

+

-

1 s

R(s) C(s) 5 s + 1

1 s + 2

10 s

R1

∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼ ∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼

R2

q

q1 q2 h1 h2

Exercício para avaliação 4:Obtenha um modelo em espaço de estados do diagrama de blocos abaixo: