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Sistemas de primer orden:
Sistemas de primer orden un sistema de primer orden típico tiene la siguiente forma:
Se llama régimen transitorio, o solamente "transitorio", a aquella respuesta de un circuito eléctrico que se extingue en el tiempo, en contraposición al régimen permanente, que es la respuesta que permanece constante hasta que se varía bien el circuito o bien la excitación del mismo
respuesta impulso sistemas de primer orden
Respuesta transitoria.
Los sistemas se prueban con entradas típicas y la respuesta nos dará una idea de su funcionamiento en condiciones reales
Señales de prueba típicas:
Son funciones escalón, rampa, parábola, impulso, sinodales, etc.
Respuesta transitoria:
Nos referimos a la que va del estado inicial al estado final.
Por respuesta estable:
Nos referimos a la manera en la cual se comporta la salida del sistema conforme el tiempo tiende a infinito.
Ejemplo respuesta transitoria:
Señales de prueba típicas
Funciones Escalón, rampa, parábola, impulso.
Con ellas es posible realizar con facilidad análisis matemáticos y experimentales de sistemas de control, ya que las señales son funciones del tiempo muy simples.
señales
En diagrama de bloques:
Respuesta al escalón unitario del sistema de primer orden
En forma general
El sistema de primer orden considerando una ganancia K seria:
El valor final es igual a esta ganancia K:
Considerando la entrada como un escalón unitario:
Sistemas de primer orden:
Sistemas de primer orden un sistema de primer orden típico tiene la siguiente forma:
Ejemplo:
Hallar el valor final y el tiempo de establecimiento para una tolerancia del 5% del siguiente sistema:
La salida es igual a:
Solución:
El sistema de primer orden considerando una ganancia K seria:
Hallando la transformada inversa de Laplace de c(s):
Para llevar el sistema a la forma general
se divide al numerador y denominador entre 2:
Se obtiene la función c(t) que nos da la respuesta transitoria
de la ecuación se puede deducir:
Donde T es la constante de tiempo.
Valor final
El valor final es la respuesta cuando el tiempo tiende al infinito:
En el gráfica anterior el valor final es 1:
Tiempo de establecimiento:
Tiempo que demora en llegar al valor final.
Sistemas de segundo orden:
ωn: frecuencia natural del sistema(frecuencia no amortiguada):
Frecuencia que nos daría el sistema si no existiera amortiguación
ζ: factor de amortiguamiento relativo:
si este es cero el sistema oscilaría con la frecuencia natural
Frecuencia natural del sistema
Mientras mayor sea la frecuencia natural del sistema, más rápida será la respuesta del sistema Mientras menor sea la frecuencia natural del sistema la respuesta será más lenta
Donde:
1- Tiempo de retardo, td:
Tiempo requerido para que la respuesta alcance la primera vez la mitad del valor final
2- Tiempo de subida, tf:
Tiempo requerido para que la respuesta pase del 10% al 90% o del 0% al 100% de su valor final
Sistemas sub amortiguados tr de 0 a 100%.
Sistemas sobre amortiguados tr de 0 a 90%.
3- Tiempo pico, tp:
Tiempo requerido para que la respuesta alcance el primer pico de sobre elongación
4- Sobre elongación, mp
Máximo valor pico de la curva respuesta, medido a partir de la consigna.
5- Tiempo de asentamiento, ts:
Tiempo para que la curva alcance un rango alrededor del valor final del tamaño especificado por el porcentaje absoluto del valor final
Ejemplo:
Hallar el valor final de vf, el tiempo de establecimiento para un 5% y el sobre impulso de la respuesta al escalón unitario del siguiente sistema.
Solución:
Reordenando la funcion de transferencia a la forma:
Se obtiene: