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Encontre o erro de regime permanente para uma entrada degrau unitário do sistema em malha fechada ilustrado abaixo, considerando que o controlador é (C(s) = 10) e que a função de transferência da planta a ser controlada é: [H(s) = \frac{0.5}{s^{3} + 2s^{2} + 3s}.]
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Alternativa A - 0
O erro de regime permanente ($e_{ss}$) é a diferença entre a entrada de referência e a saída do sistema quando o tempo tende ao infinito. Para sistemas lineares invariantes no tempo (LTI), esse erro depende tanto da natureza da entrada (degrau, rampa, parábola) quanto do "tipo" do sistema, que é definido pela quantidade de integradores puros (polos na origem) na função de transferência de malha aberta.
Primeiramente, determinamos a função de transferência em malha aberta $G_{ma}(s)$ multiplicando o controlador $C(s)$ pela planta $H(s)$:
$G_{ma}(s) = C(s) \cdot H(s) = 10 \cdot \frac{0.5}{s^3 + 2s^2 + 3s} = \frac{5}{s(s^2 + 2s + 3)}$
Observamos que existe um fator $s$ em evidência no denominador, o que caracteriza este sistema como um Sistema de Tipo 1 (possui um integrador na malha).
Para uma entrada degrau unitário $R(s) = 1/s$, o erro de regime permanente é calculado por:
$e_{ss} = \lim_{s \to 0} \frac{s \cdot R(s)}{1 + G_{ma}(s)} = \lim_{s \to 0} \frac{1}{1 + G_{ma}(s)}$
Definimos a constante de erro de posição ($K_p$): $K_p = \lim_{s \to 0} G_{ma}(s) = \lim_{s \to 0} \frac{5}{s(s^2 + 2s + 3)} = \infty$
Logo, o erro é: $e_{ss} = \frac{1}{1 + K_p} = \frac{1}{1 + \infty} = 0$
| Tipo de Sistema | Entrada Degrau ($e_{ss}$) | Entrada Rampa ($e_{ss}$) | | :--- | :--- | :--- | | Tipo 0 | $1/(1+K_p)$ | $\infty$ | | Tipo 1 | 0 | $1/K_v$ | | Tipo 2 | 0 | 0 |
Como o sistema possui um integrador em malha aberta (Tipo 1), ele é capaz de rastrear uma entrada degrau sem erro residual após o período transitório. Portanto, o erro de regime permanente é nulo.
Alternativa A.