Descrição de Sistemas LTI por Variáveis de Estados 1

Sistemas e Sinais

Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Departamento de Engenharia Elétrica

Descrição de Sistemas LTI por Variáveis de Estado

Os estados de um sistema podem ser definidos como o

conjunto mínimo de sinais que descrevem o comportamento

dinâmico do sistema. Sendo assim, dado o valor dos estados

em um instante n0 (ou t0 ) e a entrada para n ≥ n0 (ou t ≥ t0 ),

pode-se determinar os valores de todos os estados para n ≥ n0

(ou t ≥ t0 ).

Descrição de Sistemas LTI por Variáveis de Estados 2

Sistemas e Sinais

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Departamento de Engenharia Elétrica

Descrição de Sistemas LTI por Variáveis de Estado

A descrição por variáveis de estado para um sistema

LTI consiste em uma série de equações diferenciais ou de

diferenças de primeira ordem que descrevem como os

estados do sistema e a entrada se relacionam, e uma equação

que descreve a saída do sistema como função das variáveis

de estado e de entrada do sistema no instante atual.

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Sistemas e Sinais

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Sistemas e Sinais

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Descrição de Sistemas LTI por Variáveis de Estado

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Para o sistema de tempo discreto representado pelo diagrama de

blocos abaixo, obter a representação por variáveis de estado.

Descrição de Sistemas LTI por Variáveis de Estado

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Sistemas e Sinais

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Admitindo como estados do sistema os sinais de saída de cada

elemento de deslocamento no tempo, q1[n] e q2[n].

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Sistemas e Sinais

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Representação do sistema na forma matricial de equações de estado.

Descrição de Sistemas LTI por Variáveis de Estado

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Sistemas e Sinais

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Exemplo 2.21: Para o sistema de tempo discreto representado

pelo diagrama de blocos abaixo, obter a representação por

variáveis de estado.

Descrição de Sistemas LTI por Variáveis de Estados 10

Exercício 2.15: Encontre a descrição por variáveis de estado

correspondente ao diagrama de blocos apresentado a seguir.

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Para sistemas de tempo contínuo, a forma de representação por

variáveis de estado é análoga àquela de tempo discreto, e é

representada na forma

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Sistemas e Sinais

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Para o circuito elétrico apresentado a seguir obter a representação

por variáveis de estado. Após obter esta representação, obter

o diagrama de blocos equivalente.

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Sistemas e Sinais

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Para o circuito elétrico apresentado a seguir obter a representação

por variáveis de estado. Após obter esta representação, obter

o diagrama de blocos equivalente.

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Sistemas e Sinais

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Transformação de Estados

Suponha que um mesmo sistema possa ser descrito por um outro

conjunto de variáveis de estado tal que

Descrição de Sistemas LTI por Variáveis de Estados 15

Sistemas e Sinais

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Exemplo 2.24: Um sistema LTI de tempo discreto é representado pelas

seguintes matrizes:

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Admitindo que este sistema vai ser representado por novos estados

determinar as matrizes .

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Exercício 2.21: Um sistema LTI de tempo contínuo é descrito pelas

seguintes matrizes:

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Admitindo que este sistema vai ser representado por novos estados

determinar as matrizes .

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Para os dois circuitos elétricos anteriores, determinar as matrizes

de transformação de similaridade – T, de forma que as novas

variáveis de estado sejam as cargas nos capacitores e os fluxos nos

indutores. Obter as novas realizações na forma de espaço de

estados.

Descrição de Sistemas LTI por Variáveis de Estados 20

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Exercícios:

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Hipóteses:

Relação Linear

Vazões Q1(t) e Q2(t)

Alturas das colunas de líquido H1(t) e H2(t)

R1 e R2 resistências ao fluxo

A1 e A2 áreas uniformes

Descrição de Sistemas LTI por Variáveis de Estados 22

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Equações fundamentais do processo:

1

211

R

(t)H(t)H(t)Q

2

22

R

(t)H(t)Q

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Equações dinâmicas do processo:

1

21i

11

R

(t)H-(t)H(t)Q

dt

(t)dHA

2

2

1

2122

R

(t)H

R

(t)H-(t)H

dt

(t)dHA

Descrição de Sistemas LTI por Variáveis de Estados 24

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Mostre que a equação diferencial homogênea de

ordem n: 1

1 1

1

0n n

n n

n n

d y d y dya a a y

dt dt dt

x

a.aaa

....

.....

.

.

x

nnn

121

1

0100

0010

Pode ser representada na forma de espaço de estados

por:

Descrição de Sistemas LTI por Variáveis de Estados 25

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Determine a representação na forma de espaço de

estados do seguinte sistema multivariável:

2212141322212

2111242312111

udubyayaycycy

udubycycyayay

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A partir dos diagramas de fluxo, obter as

representações por variáveis de estados.

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Sistemas e Sinais

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A partir dos diagramas de fluxo, obter as

representações por variáveis de estados.

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Sistemas e Sinais

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Departamento de Engenharia Elétrica

A partir dos diagramas de fluxo, obter as

representações por variáveis de estados.