3-1 RISPOSTA PERMANENTE NEI SISTEMI LINEARI. y f (t) A(s) =b nsn + + b 0. Classe di funzioni di ingresso. (s z i ) P (s) = (s p i )

Documenti analoghi
ANALISI E SIMULAZIONE DI SISTEMI DINAMICI. Lezione X: Risposta in Frequenza

= b ns n + + b 0. (s p i ), l r, A(p i) 0, i = 1,..., r. Y f (s) = G(s)U(s) = H(s) + n i=1. Parte dipendente dai poli di G(s) ( transitorio ).

Lezione 8: Diagramma di Nyquist

Esercizio 1. Si consideri la funzione di trasferimento. G(s) = K 1 + st

Risposta armonica Analisi nel dominio del tempo: caratterizzazione del sistema osservando la sua risposta (forzata) ad ingressi significativi

Diagrammi Di Bode. Prof. Laura Giarré

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo. DIAGRAMMI DI BODE

Controlli Automatici 2 22/06/05 Compito a

Ipotesi: il sistema ha f.d.t. G(s)=N(s)/D(s) e la corrispondente g(t) e` combinazione lineare di funzioni infinitesime per

Controlli Automatici 2 27 Settembre 2007 COGNOME...NOME... MATR...CDL (ELETTR, GEST, MECC)

Diagrammi di Nyquist. Diagramma di Nyquist (o polare): curva nel piano complesso parametrizzata in ω : ImG(jω) in funzione di ReG(jω))

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria della Gestione Industriale e della Integrazione di Impresa

DIAGRAMMI DI BODE. Diagrammi di Bode e polari. Diagrammi di Bode

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria dell Energia Elettrica e Aerospaziale 1 Febbraio 2016

ImG(jω) in funzione di ReG(jω)) Diagrammi di di Nyquist. G(jω 4 ) G(jω 1 ) G(jω 3 ) G(jω 2 ) A. Beghi Fondamenti di Automatica Universita` di Padova

SOLUZIONE. Fondamenti di Automatica (CL Ing. Gestionale) a.a Prof. Silvia Strada Seconda prova intermedia 12 Febbraio 2015

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria della Gestione Industriale DIAGRAMMI DI BODE

Controlli Automatici LA Prova del 29/10/2008 Gruppo A

Cognome Nome Matricola Corso di Laurea

Soluzione degli esercizi del Capitolo 9

Stabilità dei sistemi di controllo in retroazione

Nome: Nr. Mat. Firma: C.L.: Info. Elet. Telec. Altro.

Cognome Nome Matricola Corso

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria Gestionale DIAGRAMMI DI BODE

Tracciamento dei Diagrammi di Bode

Corso di Fondamenti di Automatica. Università di Roma La Sapienza. Diagrammi di Bode. L. Lanari. Dipartimento di Informatica e Sistemistica

Fondamenti di Automatica (CL Ing. Gestionale) a.a Prof. Silvia Strada Seconda prova intermedia 12 Febbraio 2015

Progetto dei sistemi di controllo

Stabilità dei sistemi di controllo in retroazione

9. Risposta in Frequenza

10-1 MODELLO COMPLETO PER IL CONTROLLO. D r (s) U(s) Y (s) d m (t): disturbi misurabili. d r (t): disturbi non misurabili

Regolazione e Controllo dei Sistemi Meccanici

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria dell Energia Elettrica e Aerospaziale 18 Luglio 2016

Controlli Automatici L-B - Cesena Compito del 28 maggio Domande teoriche

Nome: Nr. Mat. Firma:

Tecniche di progetto di controllori

Controlli Automatici LA Analisi armonica Diagrammi di Bode

Esercizi sulla stabilità dei sistemi in retroazione

5. Per ω = 1/τ il diagramma reale di Bode delle ampiezze della funzione G(jω) =

Corso di Teoria dei Sistemi N. Raccolta di esercizi svolti tratti da temi d esame

Sistemi retroazionati

Prova scritta di Controlli Automatici - Compito A

Diagrammi di Nyquist o polari

Reti correttrici. (vedi Vitelli, vol.2, Par. 2.1, 2.1.1,2.2, 2.2.1, 2.2.2,2.2.3)

Nome: Nr. Mat. Firma: C.L.: Info. Elet. Telec. Altro.

Diagrammi di Bode. Esempio: j. 1+ s. 1+j ω. Diagrammi di Bode: ω Diagramma dei moduli. Ampiezza [db] Diagramma delle fasi.

Corso di Teoria dei Sistemi N. Raccolta di esercizi svolti tratti da temi d esame

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI 25 Giugno 2007

Cognome Nome Matricola Corso

Sintesi per tentativi nel dominio della frequenza

14. Reti Correttrici. Controlli Automatici

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria dell Informazione 1 Settembre 2014

Capitolo. Risposta in frequenza 7.1. Risposta in regime sinusoidale 7.2. Generalità: diagrammi di Bode Tracciamento dei diagrammi di Bode 7.

Nome: Nr. Mat. Firma: C.L.: Info. Elet. Telec. Altro.

COMPITO DI FONDAMENTI E APPLICAZIONI DI CONTROLLI AUTOMATICI TEMA A - 2 Febbraio 2012

COMPITO DI FONDAMENTI E APPLICAZIONI DI CONTROLLI AUTOMATICI 21 Febbraio 2012

Ingresso sinusoidale e Risposta in frequenza

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria dell Informazione 27 Giugno 2017

Stabilità dei sistemi di controllo in retroazione

Controlli Automatici - Parte A

Formulazione delle specifiche. G(s)

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria dell Informazione 15 Febbraio 2018

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI 21 Febbraio 2013

Nome: Nr. Mat. Firma:

COMPITO DI FONDAMENTI E APPLICAZIONI DI CONTROLLI AUTOMATICI 18 Settembre 2012

Esercizio riassuntivo di sintesi in frequenza

Diagrammi asintotici di Bode: esercizi. Tracciare i diagrammi asintotici di Bode della seguente funzione G(s): s 2. s(s 30)(1+ s

Nome: Nr. Mat. Firma:

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI 7 Gennaio 2003

Nome: Nr. Mat. Firma: C.L.: Info. Elet. Telec. Altro.

Regolazione e Controllo dei Sistemi Meccanici

Ingegneria Elettrica Politecnico di Torino. Luca Carlone. ControlliAutomaticiI LEZIONE IV

s + 6 s 3, b) i valori di K per i quali il sistema a ciclo chiuso risulta asintoticamente stabile;

Modellazione e controllo Ca1 (a,b,c) Ca2 (d,e,f,g) Mec(a,c,d,e,g)

Rappresentazione della risposta in frequenza

Cognome Nome: Matricola: Corso di Laurea: Fondamenti di Controlli Automatici - A.A. 2011/12 20 settembre Domande Teoriche

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI 7 Febbraio 2013

Controlli Automatici 2 13/07/05 Compito a

Tesina di Controllo Digitale

Fondamenti di Automatica

COMPITO DI FONDAMENTI E APPLICAZIONI DI CONTROLLI AUTOMATICI 19 Luglio 2012

Regolazione e Controllo dei Sistemi Meccanici 23 Novembre 2005

Esame di Regolazione e Controllo

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI Corso di Laurea in Ingegneria dell Informazione 1 Febbraio 2013

Risposta in frequenza. Fondamenti di Automatica Prof. Silvia Strada

Diagramma di Bode Modulo Imag Axis. Imag Axis

Legami s-t per sistemi del secondo ordine

Soluzione degli esercizi del Capitolo 7

s +6 s 3 s 2 +(K 3)s +6K. 6(s +6) s 2 +3s +36. (1) i) Prima di tutto fattorizziamo opportunamente la funzione di trasferimento (1)

Controlli Automatici - Parte A

cioè s s s + 40K = K K K K > 0 (riga 1) K > 0 (riga 0)

Capitolo. Stabilità dei sistemi di controllo. 8.1 Generalità. 8.2 Criterio generale di stabilità. 8.3 Esercizi - Criterio generale di stabilità

Progetto in frequenza: esercizio riassuntivo

Esame di Regolazione e Controllo di Sistemi Meccanici

Esercizio 1. (s 1) (s 0.5)(s 1) G(s) 28. p1 = -0.5 (sx) p2 = -1 (sx) Tipo: g=0. G(0) = 56 = 20log10(56) ~ 35 db

Fondamenti di Automatica Prof. Paolo Rocco. Soluzioni della seconda prova scritta intermedia 6 luglio 2017

Prova scritta di Controlli Automatici e sistemi elettrici lineari

Transcript:

RISPOSTA PERMANENTE NEI SISTEMI LINEARI u(t) G(s) = B(s) A(s) =b nsn + + b s n + + a y f (t) Classe di funzioni di ingresso U(s) = Q(s) P (s) = l i= r i= (s z i ) (s p i ), l r Forma di Y f (s) (caso p i distinti e dai poli di G(s)) Y f (s) = G(s)U(s) = H(s) + n i= k i s p i Scomposizione risposta forzata: y f (t) = y G f (t) + yu f (t). Parte dipendente dai poli di G(s) ( transitorio : tende a zero se G(s) è stabile) y G f (t) = L {H(s)} Parte dipendente dai poli di U(s) ( regime permanente ) y U f (t) = L { n i= k i s p i } 3-

RISPOSTA PERMANENTE NEI SISTEMI LINEARI È di più semplice valutazione rispetto all intera risposta forzata. Fornisce indicazioni della risposta dopo il transitorio iniziale. Sono di pratico interesse i casi in cui l ingresso è una funzione limitata del tempo (e che non tende a zero):. Risposta permanente al Gradino: u(t) = U(t) U(s) = U s y U f (t) = UG()(t) 2. Risposta Armonica (o Risposta in Frequenza): u(t) = U sin ωt U(s) = y U f (t) = U G(jω) sin(ωt + Uω s 2 + ω 2 G(jω)) U sin ωt G(s) U G(jω) sin(ωt + G(jω)) 3-2

RISPOSTA ARMONICA Esempio - Sistema del I ordine: u(t) = sin ωt G(s) = s + ω=.5 ω= From: U() From: U().8.8.6.6.4.4.2.2 Amplitude To: Y() Amplitude To: Y().2.2.4.4.6.6.8.8 5 5 2 25 5 5 2 25 Time (sec.) Time (sec.) ω= 5 ω= From: U() From: U().8.8.6.6.4.4.2.2 Amplitude To: Y() Amplitude To: Y().2.2.4.4.6.6.8.8 5 5 2 25 5 5 2 25 Time (sec.) Time (sec.) 3-3

RISPOSTA ARMONICA Esempio - Sistema del II ordine: u(t) = sin ωt G(s) = s 2 +.5s + ω=.5 ω=.5 From: U() 2 From: U().5.5.5 Amplitude To: Y() Amplitude To: Y().5.5.5.5 5 5 2 25 2 5 5 2 25 Time (sec.) Time (sec.) ω= 5 ω= From: U() From: U().8.8.6.6.4.4.2.2 Amplitude To: Y() Amplitude To: Y().2.2.4.4.6.6.8.8 5 5 2 25 5 5 2 25 Time (sec.) Time (sec.) 3-4

RISPOSTA ARMONICA: DIAGRAMMI DI BODE Rappresentazione grafica della risposta in frequenza: Diagramma di Bode (Modulo): Ascisse: log (ω) Ordinate: G(jω) db. = 2 log G(jω) Diagramma di Bode (Fase): Ascisse: log (ω) Ordinate: G(jω). = arctan { Im[G(jω)] Re[G(jω)] } Bode Diagrams 2 Phase (deg); Magnitude (db) 2 3 4 5 5 2 Frequency (rad/sec) 3-5

RISPOSTA ARMONICA: DIAGRAMMI DI BODE È utile per G(s) la forma in costanti di tempo (o di Bode) G(jω) = K B( + τ jω) ( + τ mjω) (jω) h ( + τ jω) ( + τ n jω) Principali proprietà dei diagrammi di Bode. La scala in decibel trasforma prodotti in somme: G(jω) db = K B db + + τ jω db + + + τ mjω db h ω db + τ jω db + τ n jω db La fase di prodotti è anch essa uguale alla somma delle fasi: G(jω) = K B + ( + τ jω) + + ( + τ m jω) h(π/2) ( + τ jω) ( + τ n jω) Inoltre: G(jω) db = G(jω) db G(jω) = G(jω) 3-6

DIAGRAMMI DI BODE DI SISTEMI ELEMENTARI Guadagno semplice: G(s) = K = G(jω) db = 2 log K, G(jω) = K = (π) Bode Diagrams 2 5 5 K db Phase (deg); Magnitude (db) 5 5 2 225 8 35 K< 9 45 K> 45 Frequency (rad/sec) Integratore: G(s) = s = G(jω) db = 2 log (ω), G(jω) = π/2 Bode Diagrams 2 Phase (deg); Magnitude (db) 2 3 4 45 9 35 8 Frequency (rad/sec) 3-7

DIAGRAMMI DI BODE DI SISTEMI ELEMENTARI Polo semplice: G(s) = + sτ G(jω) db = 2 log + ω 2 τ 2 G(jω) = arctan(ωτ) Bode Diagrams 5 5 Phase (deg); Magnitude (db) 5 2 ωτ 45 9 Frequency (rad/sec) 3-8

DIAGRAMMI DI BODE DI SISTEMI ELEMENTARI Poli complessi coniugati: G(s) = + 2ζ s ω n + s2 ω 2 n G(jω) db = 2 log [ ( ) ω 2 ] 2 [ ( ) ω 2 + 4ζ 2 G(jω) = arctan ω n ω n 2ζ ( ω ω n ) ( ω ω n ) 2 ] Bode Diagrams 2 ζ Phase (deg); Magnitude (db) 2 3 4 45 ω/ω n ζ 9 35 8 Frequency (rad/sec) 3-9

DIAGRAMMI DI BODE DI SISTEMI ELEMENTARI Elemento di ritardo: G(s) = e st, ( T > ) G(jω) db = G(jω) = ωt Bode Diagrams 2 Phase (deg); Magnitude (db) 3 4 5 5 5 5 2 2 Frequency (rad/sec) 3-

PARAMETRI CARATTERISTICI RISPOSTA ARMONICA B 3 : Banda a 3dB Pulsazione corrispondente ad una attenuazione di 3dB rispetto al modulo per ω = = G(jB 3 ) = G() / 2 M r : Picco di risonanza Picco del modulo della risposta in frequenza = M r = max G(jω) ω ω r : Pulsazione di risonanza Pulsazione corrispondente al picco del modulo della risposta in frequenza 3-

PARAMETRI CARATTERISTICI SISTEMI ELEMENTARI Sistemi del I ordine: Banda a 3dB Sistemi del II ordine: Banda a 3dB B 3 = / τ Picco di risonanza B 3 = ω n 2ζ 2 + 2 4ζ 2 + 4ζ 4 M r = 2ζ ζ 2 Pulsazione di risonanza ω r = ω n 2ζ 2 3-2

RELAZIONI PARAMETRI SISTEMI II ORDINE B 3 in funzione di ζ: B 3 = ω n 2ζ 2 + 2 4ζ 2 + 4ζ 4.6.5.4.3.2 B 3 /ω n..9.8.7.6..2.3.4.5.6.7.8.9 ζ M r in funzione di ζ: M r = 2ζ ζ 2 9 8 7 6 Mr 5 4 3 2..2.3.4.5.6.7.8.9 ζ 3-3

ESEMPI DI TRACCIAMENTO DIAGRAMMI DI BODE G(s) = 8(s 2 + s + 5) s 3 + 9s 2 + 5s + 2, G(s) = e st + s s( + s)( +.s) 2 Forma di Bode G(s) = + 2ζ z s ω nz + s2 ω 2 nz ( + sτ p )( + 2ζ p s ω np + s2 ) ωnp 2 ω nz 3.873; ζ z.29; τ p.3; ω np 3.685; ζ p.22 2 Gain db 2 4 2 Frequency (rad/sec) 3 Phase deg 3 6 9 2 Frequency (rad/sec) 3-4

DIAGRAMMI POLARI O DI NYQUIST DI G(jω) Il diagramma polare è la curva nel piano di complesso descritta da G(jω) al variare della pulsazione ω in [, ]. Diagramma di Nyquist: Ascisse: Re[G(jω)] Ordinate: Im[G(jω)] Nyquist Diagrams.5.5 Imaginary Axis.5.5.8.6.4.2.2.4.6.8 Real Axis 3-5

DIAGRAMMI DI NYQUIST DI SISTEMI ELEMENTARI Guadagno semplice: G(s) = K = Re[G(jω)] = K, Im[G(jω)] =.5.5 K.5.5 2.5.5.5.5 2 Integratore: G(s) = s = Re[G(jω)] =, Im[G(jω)] = ω Nyquist Diagrams 8 6 4 Imaginary Axis 2 2 4 6 8.8.6.4.2.2.4.6.8 Real Axis 3-6

DIAGRAMMI DI NYQUIST DI SISTEMI ELEMENTARI Sistema del I ordine: G(s) = + sτ, (τ > ) = Re[G(jω)] =, Im[G(jω)] = ωτ + ω 2 τ 2 + ω 2 τ 2 Nyquist Diagrams.8.6.4 Imaginary Axis.2.2.4.6.8.8.6.4.2.2.4.6.8 Real Axis 3-7

DIAGRAMMI DI NYQUIST DI SISTEMI ELEMENTARI Sistema del II ordine: G(s) = = Re[G(jω)] = + 2ζ s ω n + s2 ω 2 n, (ω n >, ζ < ) ( ) ω 2 ω [ ( n ) ω 2 ] 2 (, Im[G(jω)] = ) ω n + 4ζ 2 ω 2 ω n 2ζ ( ω ω n ) [ ( ω ω n ) 2 ] 2 + 4ζ 2 ( ω ω n ) 2 Nyquist Diagrams.5 Imaginary Axis.5.5 ζ 2 2.5 3 2.5.5.5.5 2 Real Axis 3-8

DIAGRAMMI DI NYQUIST DI SISTEMI ELEMENTARI Elemento di ritardo: G(s) = e st, ( T > ) = Re[G(jω)] = + cos ωt, Im[G(jω)] = sin ωt Nyquist Diagrams.5.5 Imaginary Axis.5.5 2.5.5.5.5 2 Real Axis 3-9

SINGOLARITÀ DEI DIAGRAMMI DI NYQUIST G(s) = s hg (s) Un polo in zero (h = ) asintoto verticale. G(s) = G o s + G + G 2 s + G 3 s2 +... G o. = G (); G. = d ds G (s) s= ; G 2 d 2. = (s) 2! ds 2G s= ; Un polo doppio in zero (h = 2) genericamente asintoto parabolico. G(s) = G o s 2 + G s + G 2 + G 3 s... Esempi. G(s) = s(s + ) G(s) = s 2 (s + ) 3-2

SINGOLARITÀ DEI DIAGRAMMI DI NYQUIST Un polo per s = jˆω asintoto obliquo. G(s) = s 2 + ˆω 2G (s) G(s) = s 2 + ˆω 2G (s) = s jˆω G (s) G(s) = G o s jˆω + G + G 2 (s jˆω) +... Esempio. G o. = G (jˆω); G. = d ds G (s) s=jˆω ; G 2 d 2. = (s) 2! ds 2G s=jˆω G(s) = ( + s)( + s 2 ) 3-2