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Diversos parâmetros podem ser obtidos a partir da resposta de um sistema de controle de segunda ordem do tipo degrau unitário, conforme mostrado no gráfico a seguir. Considerando que a função de transferência Y(s) do sistema de segunda ordem é dada por Y(s) = 4 / (s² + 1,4s + 4), o valor do tempo de acomodação T_s para que a resposta do sistema esteja dentro de uma faixa de 2% do valor final será de:
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Alternativa C - 5,71 s
Para resolver esta questão, precisamos analisar a função de transferência do sistema e relacioná-la com os parâmetros de um sistema de segunda ordem clássico.
A função de transferência geral para um sistema de segunda ordem é dada por:
$$G(s) = \frac{\omegan^2}{s^2 + 2\zeta\omegan s + \omega_n^2}$$
Onde:
Comparando a função fornecida no enunciado com a forma padrão:
$$Y(s) = \frac{4}{s^2 + 1,4s + 4}$$
Podemos identificar os coeficientes diretamente:
Sabendo que $\omega_n = 2$, podemos substituir na equação do termo linear para encontrar $\zeta$:
$$2 \cdot \zeta \cdot 2 = 1,4$$ $$4\zeta = 1,4$$ $$\zeta = \frac{1,4}{4} = 0,35$$
Como $0 < \zeta < 1$, o sistema é classificado como subamortecido, o que confirma que haverá oscilações antes de estabilizar, conforme mostrado no gráfico.
O tempo de acomodação é o tempo necessário para que a resposta do sistema entre e permaneça dentro de uma certa faixa de erro em relação ao valor final. Para sistemas de segunda ordem subamortecidos, utilizamos as seguintes aproximações:
O enunciado solicita a faixa de 2%. Portanto, usamos a fórmula:
$$Ts = \frac{4}{\zeta\omegan}$$
Podemos notar que o denominador $\zeta\omega_n$ já foi calculado indiretamente quando analisamos o termo linear:
$$2\zeta\omegan = 1,4 \Rightarrow \zeta\omegan = 0,7$$
Substituindo na fórmula do tempo de acomodação:
$$T_s = \frac{4}{0,7}$$ $$T_s \approx 5,714 \text{ s}$$
Arredondando para duas casas decimais, temos 5,71 s.
Conclusão:
A alternativa correta é a C.