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34
RESPOSTA EM FREQUÊNCIA Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores (LEEC) CONTROLO Computadores (LEEC) Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC) CONTROLO 1º semestre – 2007/2008 Transparências de apoio às aulas teóricas Capítulo 10 – Diagrama de Bode e Relação Tempo-Frequência A definição de Função Resposta em Frequência e o traçado do diagrama de Bode consideram-se conhecimentos já adquiridos pelos alunos. As respectivas transparências incluem-se neste conjunto para o manter self-contained embora não tenham sido apresentadas nas aulas teóricas. Maria Isabel Ribeiro António Pascoal o, António Pascoal Revisão: Março de 2007 1/Cap.10 Março.2007 © M. Isabel Ribeiro INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO- Controlo – 2007/2008 Todos os direitos reservados Estas notas não podem ser usadas para fins distintos daqueles para que foram elaboradas (leccionação no Instituto Superior Técnico) sem autorização dos autores

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RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores (LEEC)

CONTROLO

Computadores (LEEC)

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

CONTROLO1º semestre – 2007/2008

Transparências de apoio às aulas teóricas

Capítulo 10 – Diagrama de Bode e Relação Tempo-Frequência

A definição de Função Resposta em Frequência e o traçado do diagrama de Bode consideram-se conhecimentos já adquiridos pelos alunos. As respectivas

transparências incluem-se neste conjunto para o manter self-contained embora não tenham sido apresentadas nas aulas teóricas.

Maria Isabel RibeiroAntónio Pascoal

o, A

ntón

ioPa

scoa

lRevisão: Março de 2007

1/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO- Controlo – 2007/2008

Todos os direitos reservadosEstas notas não podem ser usadas para fins distintos daqueles para que foram

elaboradas (leccionação no Instituto Superior Técnico) sem autorização dos autores

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Resposta em Frequência

• O que é o estudo da Resposta em Frequência de um SLIT?– Análise da resposta a uma entrada sinusoidal

Figura retirada de Análise de Sistemas Lineares M Isabel

Resultados de um teste com um 2CV numa estrada de perfil sinusoidal, com velocidades crescentes:

Até 30Km/h as oscilações de posição do condutor e da via são

Sistemas Lineares, M. Isabel Ribeiro, IST Press, 2001

Reprodução proibida

• Até 30Km/h as oscilações de posição do condutor e da via são semelhantes, i.e., quando o piso sobe o condutor sobe e vice-versa,

• Por volta dos 70Km/h a amplitude das oscilações ao nível do condutor é muito maior do que a amplitude do perfil da via,

o, A

ntón

ioPa

scoa

l• A 80/85Km a amplitude das oscilações é semelhante à observada a 70Km/h; no entanto, a diferença de fase é da ordem dos 180º, i.e., quando a estrada se eleva o condutor vai assento abaixo, quando a estrada vai abaixo o condutor bate com a cabeça no tejadilho

2/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

rocom a cabeça no tejadilho,

• A 150Km/h as oscilações ao nível do condutor são quase imperceptíveis, pelo que a condução se torna bastante agradável !

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Resposta em Frequênciaconceito (revisão)

G(s)r(t)=A sinw1t y(t)

221A)s(R ω

= )s(GA)s(Y 221ω=

entrada sinusoidalcomo é a componente forçada da resposta ?

21

2s)s(R

ω+)(

s)( 2

12 ω+

)ps()ps)(ps()s(N)s(G

n21 +++=

L

Assumem-se pólos simples sem

perda de generalidade

∑++=n

i21 Rcc)s(Y ∑= +

+ω−

+ω+

=1i i11 ssjsjs

)s(Y

)j(Gj2

A)s(Gjs

Ac 1js1

11

1ω−−=

ω−ω

=ω−= j2js 1ω

11js1

12 c)j(G

j2A)s(G

jsAc

1=ω=

ω+ω

=ω=

tsn

tjtj i11 eRe)j(GAe)j(GA)t(y −ωω− ∑+ω+ω−−=

o, A

ntón

ioPa

scoa

l1ii11 eRe)j(G

j2e)j(G

j2)t(y

=∑+ω+ω−−=

resposta forçada resposta natural

)t()t()t(

3/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro)t(y)t(y)t(y nf += A resposta em frequência de um SLIT analisa a evolução da

componente forçada da resposta a uma entrada sinusoidal.

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Resposta em Frequênciaconceito (revisão)

AA

resposta natural

)t(ye)j(Gj2

Ae)j(Gj2

A)t(y ntj

1tj

111 +ω+ω−−= ωω−

resposta forçada natural

G(s) – função complexa de variável complexa

)s(Gargje)s(G)s(G =)j(Gargj

11

)j(Gargj11

1

1

e)j(G )j(G

e)j(G)j(Gω

ω−

ω=ω

ω−=ω−

ímpar função )j(Gargparfunção )j(G

ω

ω

)j(Gargj

)j(Gargj11

1

1

e)j(G)j(G

e)j(G)j(Gω

ω−

ωω

ω=ω−)j(gj

111e)j(G )j(G ω=ω

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛ −

ω=ω−ω−ωω e.ee.e)j(GA)t(y

)j(Gargjtj)j(Gargjtj

1f

1111

componente forçada da saídao,

Ant

ónio

Pasc

oal

⎟⎠

⎜⎝ j2

)j()(y 1f

))j(Gargtsin()j(GA)t(y 111f ω+ωω=

4/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

))j(g()j()(y 111f

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Resposta em Frequênciaconceito (revisão)

SLIT tí

G(s)r(t)=A sinw1t yf(t)=A|G(jw1)|sin(w1t+argG(jw1))

• SLIT contínuo• Excitado por um sinal sinusoidal• A componente forçada da saída é ainda:

– Um sinal sinusoidal com a mesma frequência– Amplitude e fase do sinal de saída relacionadas

com a amplitude e fase do sinal de entrada

componente forçada do sinal de saída

desfasagem

sinal de entrada

sinal de saída

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

5/Cap.10Março.2007

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. Isa

bel R

ibei

ro

• |G(jw1)| - ganho de amplitude para a frequência w1

• arg G(jw1) – desfasagem para a frequência w1

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Função Resposta em Frequência

F ã R t F ê i G(j )

ω==ω

js)s(G)j(G

• Função Resposta em Frequência G(jw)– Função de transferência calculada ao longo do

eixo imaginário

• Para sistemas causais e estáveis• A Função Resposta em Frequência é a

Transformada de Fourier da Resposta Impulsional

)]t(h[TF)j(G =ω )]t(h[TF)j(G =ω

Representação gráfica da Função Resposta em Frequência

• Que funções é preciso representar ?• |G(jw)|• Arg G(jw)

• Que tipo de representação

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

• Que tipo de representação• Diagrama de Bode• Diagrama de Nyquist• Diagrama de Nichols

Estudo daestabilidade deSLITs em cadeiafechada

6/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

RESPOSTA EM FREQUÊNCIADiagrama de BodeAproximação assimptótica

Representação gráfica da Função Resposta em FrequênciaRepresentação gráfica da Função Resposta em Frequência• 20 log|G(jw)| como função de w (escala logaritmica)• Arg G(jw) como função de w (escala logaritmica)

exemplo

2nn21

2nn11

)w/s(w/s21)(s1(s)w/s(w/s21)(sT1(K

)s(G22

11

+ξ+τ+

+ξ++=

2)w/jw(w/w2j1)(jwT1(K +ξ++

função de transferência

2nn21

nn11

)w/jw(w/w2j1)(s1(jw)w/jw(w/w2j1)(jwT1(K

)jw(G22

11

+ξ+τ+

+ξ++= função resposta em

frequência

Característica de amplitude

))w/jw(w/w2j1()s1(jw

))w/jw(w/w2j1()jwT1(K)jw(G

2nn21

2nn11

22

11

+ξ+τ+

+ξ++=

quociente de produtos de termos

O di d B d ( lit d ) tO diagrama de Bode (amplitude) representa

)jw(Glog20)jw(GdB=

2 ))w/jw(w/w2j1()jwT1(K)jw(G +ξ++++=

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

dB

2nn2dB1dB

dBnn1dB1dB

))w/jw(w/w2j1()s1(jw

))w/jw(w/w2j1()jwT1(K)jw(G

22

11

+ξ+−τ+−−

+ξ++++=

soma algébrica de termosCaracterística de fase

7/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

rotermosCaracterística de fase

))w/jw(w/w2j1arg()s1arg()jwarg(

))w/jw(w/w2j1arg()jwT1arg(K arg)jw(Garg2

nn21

2nn11

22

11

+ξ+−τ+−−

+ξ++++=

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos)

K)s(G =dBdB

K)jw(G =

⎪⎧ > 0Kseº0função de transferência

K)jw(G =⎪⎩

⎪⎨⎧

<

>=

0K se º180

0K se º0)jw(Garg

função de transferência

função resposta em frequência

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

180º

8/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos)

s10)s(G =

jw10)jw(G =

( ) wlog20dB20jw10)jw(GdBdBdB

−=−=

Recta com declive –20dB/década

passando em 0dB para w=1

º900)jwarg()10arg()jw(Garg −=−=

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

• Qual é o ganho estático deste sistema ?

9/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro• Qual é o ganho de baixa frequência ?• Declive da assímptota ? E se o sistema tivesse dois pólos na origem ?• Qual é a componente forçada da resposta deste sistema à entrada

r(t)=2sin(100t) ?

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos)

sT11)s(G+

=jwT11)jw(G

+=

( )2característica de amplitude

( )2dB

wT1log20)jw(G +−=

1wTT1w <<⇒<<Baixa frequência

dB01log20)jw(GdB

=−≅ assímptota de baixa

1wTT1w >>⇒>>Alta frequência

dB

Tlog20wlog20wTlog20)jw(GdB

−−=−≅

Recta com declive

frequência

assímptota de alta frequência

Recta com declive –20dB/década passando em 0dB para w=1/T

característica de fase

)wT(arctg)jwT1arg()jw(Garg −=+−=

1wTT1w <<⇒<<Baixa frequência º0)jw(Garg ≅

π

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

1wTT1w >>⇒>>Alta frequência2

)jw(Garg π−≅

T1w =4

)jw(Garg π−=

10/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos)

sT11)s(G+

=jwT11)jw(G

+=

T=0.5Pólo = - 2

0 dB/dec

assimptota de baixa frequênciaassimptota de alta frequência

- 20dB/dec0 dB/dec

- 45º

- 90º

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

w=2rad/s – frequência de corte do pólo

11/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos)

T 0

sT11)s(G+

=jwT11)jw(G

+=

T=0.5Pólo = - 2

3dB

2 200.2

5.71º

2 200.2

5.71º

T1w =

dB32log20)wT(1log20)jw(G 2dB

−=−=+−=

º45)j1arg()jw(Garg −=+−=

T101w = º71.510

j1arg)jw(Garg −=⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +−=

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

Um pólo de multiplicidade 1 contribui para a fase

T10 10g)j(g ⎟⎠

⎜⎝

T10w = ( ) º71.5º90j101arg)jw(Garg +−=+−=

12/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

roUm pólo de multiplicidade 1 contribui para a fase total com um ângulo que varia, de uma década

antes a uma década depois, de 0º a –90º passando a –45º na frequência de corte.

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeLargura de Banda – Relação Tempo-Frequência

Largura de Banda (a 3dB)

• Banda de frequência na qual o módulo da função resposta em frequência não cai mais de 3dB emresposta em frequência não cai mais de 3dB em relação ao ganho de baixa frequência.

Ko

Ko-3dB

• A Largura de Banda traduz a capacidade de um

wwBW

sistema reproduzir mais ou menos perfeitamente os sinais aplicados à sua entrada

Num SLIT de 1ªordem, sem zeros,

Largura de Banda =frequência de corte do pólo

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

corte do pólo

13/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

LB=2rad/s

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeLargura de Banda – Relação Tempo-Frequência

1

11 ws

w)s(G+

=2

22 ws

w)s(G+

=12 ww >

ganho estático unitário

w1 w2

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

1/w11/w2

Largura de banda maior

14/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

Resposta mais rápida

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos) – pólo duplo

2)5s(250)s(G+

=

PERGUNTAS

• Ganho estático ?• Declive da

• Assimptota de baixa frequência• Assimptota de alta frequência

• Fase para B i f ê i• Baixas frequências

• Altas frequências

RESPOSTAS

• Ganho estático = G(s)|s=0 = 10 = 20dB• Declive da

• Assimptota de baixa frequência• O sistema não tem pólos nem zeros na origem• declive = 0db/dec

• Assimptota de alta frequência• # pólos - # zeros = 2• declive = -40dB/dec = 2 * (-20dB/dec)

• Fase para • Baixas frequências

• Sistema é de fase mínima• Sistema não tem pólos e zeros na origem• Fase para é igual a 0ºs/rad0w →

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

• Fase para é igual a 0• Altas frequências

• Sistema é de fase mínima• # pólos - # zeros = 2• Fase para é igual a –180º

s/rad0w →

∞→w

15/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

A contribuição para a amplitude e para a fase de um pólo duplo é a soma das contribuições

de dois pólos reais simples.

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos) – pólo duplo

2)5s(250)s(G+

=

2)5s(250)s(G+

=2

10)s(G⎞⎛

=

forma das constantes de

tempo

)5s( + 2

5s1 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

Deste modo a assimptota de baixa frequência correspondente ao pólo duplo passa em 0dB

6dB6d

2*5.71ºo,

Ant

ónio

Pasc

oal-90º

2*5 71º

-180º

16/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro2*5.71º

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeRelação Tempo Frequência

Sistema 1 Sistema 2

22 )5s(250)s(G+

=)5s(

50)s(G1 +=

Sistema de 1ª ordemPól l i l 5

Sistema de 2ª ordemPólo real duplo em 5

Sistema 1 Sistema 2

Pólo real simples em –5Ganho estático = 10

Pólo real duplo em –5Ganho estático = 10

• Qual dos dois sistemas tem a maior largura de banda?• Qual dos dois sistemas é mais rápido ?

s/rad 5LB1 =

s/rad 15.3LB2 ≅

Resposta a uma entrada escalãoCaracterística de amplitude junto da frequência de corte

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

17/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos) – pólo na origem e pólos reais não nulos

)100s)(10s(s100)s(G

++=

• Ganho estático ?

3 pólos Assimptota de alta frequência com declive de 3*(-20) = - 60dB/dec

0 zeros3 (-20) = - 60dB/dec

)100/s1)(10/s1(s1.0)s(G++

=

0.1 1 10 100 1000

- 20

- 40

- 60

- 80

- 100o,

Ant

ónio

Pasc

oal

- 90º

- 180º

18/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO- Controlo – 2006/2007

- 270º

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos) - – pólo na origem e pólos reais não nulos

)100s)(10s(s100)s(G

++=

• Ganho estático ?

3 pólos Assimptota de alta frequência com declive de 3*(-20) = - 60dB/dec

0 zeros3 (-20) = - 60dB/dec

)100/s1)(10/s1(s1.0)s(G++

=

0.1 1 10 100 1000

- 20

- 40

- 60

- 80

- 100o,

Ant

ónio

Pasc

oal

- 90º

- 180º

19/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO- Controlo – 2006/2007

- 270º

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos)

Q l é t ib i ã d f t d ti (1+j T) ?• Qual é a contribuição de um factor do tipo (1+jwT) ?Características assimptóticas de amplitude e fase simétricas

relativamente às obtidas para um pólo real com a mesma frequência de corte

2)wT(1log20jwT1log20 +=+ )(gjg

1wT >> Tlog20wlog20)wTlog(20)wT(1log20 2 +=≅+

+ 20dB/dec

T=0.1

20

90º

3dB20

45ºo,

Ant

ónio

Pasc

oal

Um zero de multiplicidade 1 contribui para a fase

frequência de corte do zero

20/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO- Controlo – 2006/2007

Um zero de multiplicidade 1 contribui para a fase total com um ângulo que varia, de uma década

antes a uma década depois, de 0º a 90º passando a +45º na frequência de corte.

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos) – um pólo e um zero reais

)1.0s()10s(1.0)s(G

++

=

contribuição do zero

ganho estático

20dB

40dB

-20dB/dec

ganho estático

0.01 0.1 1 10 100 w (rad/s)

-20dB

-40dB Excesso pólos-zeros = 0

Assimptota de alta frequência com declive nulo

90º

p q

90

45º

0º0.01 0.1 1 10 100 w (rad/s)

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

- 90º

- 45º

Não há pólos nem zeros na origem Excesso pólos zeros = 0

21/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO- Controlo – 2006/2007

p g

A fase para muito baixa freq. é nulaExcesso pólos-zeros = 0

A fase para muito alta freq. é nula

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeRelação Tempo-Frequência

• Ganho de Baixa Frequência

00wK)jw(Glim =

→ganho estático do sistema

y(t)lim)s(G limKt0s0 ∞→→

==Para uma entrada escalão unitárioGanho da

Resposta em Frequência à frequência w=0q

2)1s(s)s(G+

=2)1s(

1)s(G+

=

1 100.1 0.1 1 100dB0dB

-20dB -20dB

-40dB-40dB

+20dB/dec-20dB/dec

-40dB/deco,

Ant

ónio

Pasc

oal

22/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO- Controlo – 2006/2007

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos) – pólos complexos

10 <ζ≤

2nn

2

2n

wsw2sw)s(G

+ζ+= ganho estático

unitário2

1)jw(G⎞⎛

=

10 <ζ≤

2

nn ww

ww2j1

)j(

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−ζ+

2

Característica de amplitude

2

nndB w

www2j1 log20)jw(G ⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛−ζ+−=

22

2

2

dB ww2

ww1log20)jw(G ⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛ζ+⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛−−=

nn ww ⎠⎝⎠⎝

nww << dB0)jw(GdB≅ Assimptota de baixa frequência

nww >>2

n

2

2n

2

dB ww2

wwlog20)jw(G ⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛ζ+⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛−≅

n

2

n wwlog40

wwlog20 −=⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛−≅

Assimptota de alta

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

nn ww ⎠⎝frequência

Declive de –40dB/dec

passando em 0dB para w=wn

23/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO- Controlo – 2006/2007

w=wn é a frequência de corte associada ao par de pólos complexos conjugados

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos) – pólos complexos

10 <ζ≤

2nn

2

2n

wsw2sw)s(G

+ζ+=

10 <ζ≤

1.0=ζ

2.0=ζ

3.0=ζ

5.0=ζ

22707.0 ==ζ

o, A

ntón

ioPa

scoa

l707.00 <ζ<Para a característica real apresenta um pico de ressonânica

2nr 21ww ζ−= frequência de

ressonância

24/Cap.10Março.2007

©M

. Isa

bel R

ibei

ro

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO- Controlo – 2006/2007

nr ζ ressonância

nr w w 0 →⇒→ζnr ww <

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos) – pólos complexos

10 <ζ≤

2nn

2

2n

wsw2sw)s(G

+ζ+=

10 <ζ≤1.0=ζ

2.0=ζ

3.0=ζ

5.0=ζ

22707.0 ==ζ1=ζ

dB6

707.00 <ζ<Para a característica real apresenta um pico de ressonânica

2nr 21ww ζ−=

2r121)jw(G

ζζ=

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

212 ζ−ζ

ζ=

21)jw(G n

em unidades lineares, numa situação de ganho estático unitário

25/Cap.10Março.2007

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. Isa

bel R

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Para embora haja sobreelevação na resposta no tempo não há ressonância na resposta em frequência

707.0>ζ

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos) – pólos complexos

10 <ζ≤

2nn

2

2n

wsw2sw)s(G

+ζ+=

1)jw(G

10 <ζ≤

)jww2s)(jww2s(w)s(G

dndn

2n

−ζ++ζ+=

2

nn ww

ww2j1

)jw(G

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−ζ+

=

Característica de fasejw

212

n

n

ww1

ww2

arctg)jw(Garg θ−θ−=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

ζ−=

njw

nww <<

σ1jw

θ1º0)jw(Garg ≅

nww >>

σθ2

º180)jw(Garg −≅

nww = º90)jw(Garg −=

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

26/Cap.10Março.2007

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w=wn é a frequência de corte associada ao par de pólos complexos conjugados

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeAproximação assimptótica (exemplos) – pólos complexos

10 <ζ≤

2nn

2

2n

wsw2sw)s(G

+ζ+=

1)jw(G

10 <ζ≤

)jww2s)(jww2s(w)s(G

dndn

2n

−ζ++ζ+=

2

nn ww

ww2j1

)jw(G

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−ζ+

=

1.0=ζ

2.0=ζ

3.0=ζ

5.0=ζ

27070ζ 22707.0 ==ζ

1=ζ

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

0=ζComo são os diagramas de amplitude e fase para ?

27/Cap.10Março.2007

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ζg p p

Como é o diagrama de Bode (amplitude e fase) para um par de zeros compexos conjugados?

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeSistema com pólos complexos – Tacoma Narrows Bridge

Tacoma Narrows• em Puget Sound, junta da localidade de Tacoma, Washington

• Ponte suspensa aberta ao tráfego só alguns meses• Em 7.Nov.1940 a ponte caiu pelo efeito de forças que nela

t ti l d tactuavam, em particular do vento

O f f

o, A

ntón

ioPa

scoa

l• O efeito do vento induziu uma excitação na frequência natural do sistema

• O sistema tinha um comportamento (macro) como o de um sistema de 2ª ordem com pólos complexos conjugados

28/Cap.10Março.2007

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http://cee.carleton.ca/Exhibits/Tacoma_Narrows/http://maclab.alfred.edu/students/harttm/default.htmlhttp://www.urbanlegends.com/science/bridge_resonance.html

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeSistemas de Fase Não Mínima

10s)s(G += 10s)s(G −

1s)s(G1 +=

1s)s(G2 +=

sistema de fase mínima sistema de fase não mínima

10wj1

10)jw(G+

10wj1

10)j(G−

jw110.10)jw(G1 +

=jw110.10)jw(G2 +

−=

2

2

211

10w1

.10)jw(G)jw(G⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

==

a mesma característica de

amplitude2w1+

)w(arctg10warctg)jw(Garg 1 −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= )w(arctg

10warctgº180)jw(Garg 2 −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−+=

zθθ pθpθ pθzθ

pz1 )jw(Garg θ−θ=pz2 )jw(Garg θ−θ=

180º

-10 -1 -1 10o,

Ant

ónio

Pasc

oal

90º0.1 1 10 100

90º0.1 1 10 100

180º

29/Cap.10Março.2007

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- 90º - 90º

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeSistemas de Fase Não Mínima

10s)s(G += 10s)s(G −

1s)s(G1 +=

1s)s(G2 +=

sistema de fase mínima sistema de fase não mínima

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

30/Cap.10Março.2007

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RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeIdentificação de Sistemas

3 S• 3 SLITs• Todos com a mesma característica de amplitude• Características de fase distintas

Sistema 1

Sistema 2o,

Ant

ónio

Pasc

oal

Sistema 3

31/Cap.10Março.2007

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RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodeIdentificação de Sistemas

• 3 SLITs3 SLITs• Todos com a mesma característica de amplitude• Características de fase distintas

( )10s1s10)s(G

±±

±=

Sistema 1

Sistema 2

Sistema 3

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

32/Cap.10Março.2007

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10s1s10)s(G1 +

−=

10s1s10)s(G2 −

+−=

10s1s10)s(G3 +

+=

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodePólos dominantes e não dominantes

*25 25)25s4s)(as(

a*25)s(G 2 +++=

)25s4s(25)s(G 2 ++

=

a=1a=3

a=8

a=8

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

a=1

a=3

33/Cap.10Março.2007

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a 1

RESPOSTA EM FREQUÊNCIA

Diagrama de BodePólos dominantes e não dominantes

ww ζζ2nnp

2

2nnz

2

2n

2n

pp

zz

z

p

wsw2swsw2s

ww

)s(G+ζ+

+ζ+= Sistema 1 1 0.2 1 0.5

Sistema 2 1 0.7 1 0.5Sistema 3 1 0.5 1.2 0.5Sistema 4 1.2 0.5 1 0.5

pnzn w wpz

ζζ

identifique os sistemasidentifique os sistemas

o, A

ntón

ioPa

scoa

l

34/Cap.10Março.2007

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