Análisis de sistemas de control, Diagrama de Bode

Respuesta forzada a una entrada exponencial utilizando el Diagrama de Bode

Si la respuesta libre (respuesta natural u homogénes) tiende a cero (circuito estrictamente estable), en régimen permanente sólo queda la componente forzada. La respuesta forzada a una excitación sinusoidal (o salida en régimen permanente sinusoidal en circuitos estrictamente estables) es la sinusoide de la entrada amplificada y desfasada, como se puede ver en la Figura 1:

null

Figura 1

Suponga un sistema con función de transferencia H(s), entrada X(s) y salida Y(s), representado mediante el  diagrama de bloques de la Figura 2:

null

Figura 2

De la Figura 2 sabemos que:

null

Entonces, ¿Cuál será entonces la respuesta forzada a una excitación exponencial? Razonamos de la siguiente manera analítica:

nullPor tanto:nullUtilizando la ecuación (1) entonces:null

Utilizando la técnica de expansión en fracciones simples vemos que:

null

Vemos en la ecuación anterior que la respuesta forzada Yf(s) es:

null

Al hacer la antitransformada de la respuesta forzada Yf(s), obtenemos que yf(t) es:

null

La ecuación (2) confirma que la respuesta forzada a una excitación sinusoidal  es la sinusoide de la entrada amplificada en H(so) (la función de transferencia evaluada en so).

¿Qué pasa si tomamos valores complejos para K y argumento imaginario puro para la exponencial?

Razonamos de la siguiente manera analítica:

null

Aplicando el mismo procedimiento obtenemos que en este caso la respuesta forzada yf(t)  es:

null

Dónde:

null

La ecuación para yf(t) confirma que la respuesta forzada a una excitación sinusoidal  es la sinusoide de la entrada amplificada en H(jω) y desfasada en <H(jω).

Estos últimos, el módulo y la fase, son los elementos de un diagrama de Bode de la función de transferencia del sistema. Por lo tanto, conociendo la función de entrada x(t) y disponiendo del diagrama de Bode de la función de transferencia de dicho sistema, podemos obtener la respuesta forzada yf(t) del sistema a la entrada x(t).

Ejemplo:

Disponiendo del siguiente Diagrama de Bode de la función de transferencia de un sistema, así como de la entrada a dicho sistema, determinar la respuesta forzada por esta entrada.

null

nullRespuesta:nullDónde:null

Ya que:nullEntonces:

nullPodemos ver en el diagrama de Bode que:

null

nullPor lo tanto:nullEs decir:null

Te puede interesar:

Fuentes:

  1. Modern_Control_Engineering, Ogata 4t
  2. Control Systems Engineering, Nise
  3. Sistemas de Control Automatico, Kuo

Revisión literaria hecha por:

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2 comentarios en “Respuesta forzada a una entrada exponencial utilizando el Diagrama de Bode”

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