modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

Upload: emilyriveratovar

Post on 07-Jul-2018

222 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    1/23

    UNIVERSIDAD TECNICA DE ORUROFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA

    INGENIERÍA ELÉCTRICA – ELECTRÓNICA

    Materia: ELT 2590 SISTEMAS DE CONTROL IA!i"iar: E#i"$ E"e%a Ri&era T'&arD'(e%te: I%)* Ra#ir' Fra%+ A"ie%,re Gar(-a

    RESOLUCIÓN PRÁCTICA 2II/2015

    . E%(e%tre "a/ %(i'%e/ ,e tra%/ere%(ia1 G ( s )=V o ( s )

    V i, ara (a,a re, 3e /e

    #e/tra e% "a 4)ra* M6t',' ,e %','/1 #6t',' ,e #a""a/7

    SOLUCIÓN:

    I%(i/' a7

    8'r %','/

    N',' a:

    i2

    i.

    i

    a

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    2/23

    i1=i

    2+i

    3

    i L1=i L2+i R

    1 L

    1∫ ( vi−v R ) dt =  1 L

    2∫ ( v R−vC ) dt +  1 R v R m /m(derivando)

    1

     L1

    ( vi−v R )= 1

     L2

    ( v R−vC )+ 1

     R v́ R

    1

     L1

    vi− 1

     L1

    v R= 1

     L2

    v R− 1

     L2

    vC + 1

     R v́ R

    1

     L1

    v i= 1

     L2

    v R+  1

     L1

    v R+ 1

     R v́ R−

     1

     L2

    vC m/ m(aplicando T . L)  

    1

     L1

    V i =(  1 L2

    + 1

     L1

    + 1

     R s)V  R−  1 L

    2

    V C 

    1

    2V 

    i=( 13 + 12+ 11 s )V  R−13V C 

    1

    2V 

    i=( 13 + 12+ 11 s )V  R−13V C 

    1

    2V i=( 56 +s)V  R−13 V C 

    V i=(53 +2 s )V  R−23 V C (1)

     Ta#i6% /ae#'/ 3e "a ('rrie%te e% %a #i/#a ra#a e/ i)a"1 e%t'%(e/:

    i L2=iC 

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    3/23

    1

     L2

    ∫ ( v R−vC ) dt =C  ( v́C ) m/m(derivando )

    1

     L2

    ( v R−vC )=C    ´(vC )m/m(aplicando T . L)

    1

     L2

    V  R=(C s2+  1 L2 )V C 

    1

    3V 

     R=(0.5s2+ 13 )V C 

    V  R

    =

    (3

    2s2+1

    )V 

    (2)

    A,e#;/ ,e" )r;4('1 te%e#'/ 3e:

    vo= 1

     L2

    ∫ ( v R−vC ) dt 

    v́o= 1

     L2

    ( v R −vC )

    s V o= 1

     L2

    V  R− 1

     L2

    V C 

    s V o=1

    3V  R−

    1

    3V C (3)

    Ree#"a+a%,' 27 e% .7

    V i=(5

    3 +2 s )(3

    2 s

    2

    +1)V C −

    2

    3 V C 

    V i=(3 s3+ 52 s2+2 s+1)V C (4)

    Ree#"a+a%,' 27 e% 7

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    4/23

    s V o=1

    3 (32 s2+1)V C −13 V C 

    s V o=

    (

    1

    2s2

    )V C 

    V o=1

    2s V C 

    2

    s V o=V C  (5)

    Ree#"a+a%,' 57 e%

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    5/23

    8'r #a""a/

    Ma""a .

    v1=2 í1+1 (i1−i2 )

    V 1=(2 s +1 ) I 

    1− I 

    2(1 )

    Ma""a 2

    0=3 í2+2∫ i2 dt +1(i2−i1 )

    0=3 í2+2 i

    2+1 (í2−í1 )

    0=(3 s2+s+2 ) I 2−s I 1

     I 1=(3 s2+s+2 ) I 2

    s   (2)

    De" r'"e#a1 te%e#'/:

    vo=3 í2

    V o=3 s I 2 (3 )

     I 2=V o

    3 s

    Ree#"a+a%,' 2 7 e% .7:

    V 1=(2 s +1 )

     (3 s2+s +2 ) I 2s

      − I 2

    i2i.

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    6/23

    V 1=( (2 s+1 ) (3s

    2+s+2 )s

      −1) I 2

    V 1=

    (6 s

    3+5 s2+4 s +2

    s

      )V o

    3 s

    G ( s )=V o

    V 1=   3

    s2

    6 s3+5 s2+4 s+2

    2 Ote%)a "a %(i=% ,e tra%/ere%(ia  Eo(s)/ Ei(s)  ,e" (ir(it' e"6(tri(' 3e

    /e #e/tra* M6t','/ ,e "'/ %','/ $ #a""a/7

    M6t','/ ,e "'/ %','/:

    N',' a

    i1=i

    3+i

    2

    ei−ea R1

    =ea−eo

     R2+1

     L∫ eadt 

     R2 L éi− R2 L éa= R1 L éa− R1 L éo+ R1 R2 ea

     R2 Ls E1=(( R2+ R1) Ls+ R1 R2 ) Ea− R1 Ls Eo(1)

    Le)':

    i R2=iC =i3

    i

    i2

    i.

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    7/23

    ea−eo R2

    =C  éo

    ea−eo ¿ R2C  éo

     Ea= Eo ( R2Cs+1 )(2)

    Ree#"a+a%,' 27 e% .7:

     R2 Ls E1=(( R2+ R1) Ls+ R1 R2 ) E o ( R2 Cs+1)− R1 Ls E o

     R2 Ls E

    1=[( ( R2+ R1 ) Ls + R1 R2) ( R2Cs+1 )− R1 Ls ] Eo

     Eo

     E1=

      R2 Ls

    ( ( R2+ R1 ) Ls+ R1 R2 ) ( R2Cs+1 )− R1 Ls

     Eo

     E1=

      R2 Ls

     R2

    CL ( R1+ R2 ) s2+( L R2+ R1 R2

    2C )s + R1 R2

     R1+ R

     LC (¿ ¿2)s2+(C R1 R

    2+ L)s + R

    1

     Eo

     E i=

     Ls¿

    M6t',' ,e #a""a/

    Ma""a .

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    8/23

    ei= R1i1+ L (í1−í2)

     Ei=( Ls+ R1 ) I 1− Ls I 2(1)

    Ma""a 2

    0= L (í2−í1 )+ R2 i2+ 1

    C ∫ i2 dt 

    0= Lí2− L í1+ R2 í2+ 1

    C  i2

    0= I 2( L s2+ R2 s+  1C  )− L s2 I 1

     I 1=CLs

    2+CR2 s+1

    CL s2

      I 2(2)

    Ree#"a+a%,' 27 e% .7:

     Ei=[ ( Ls+ R1 ) CL s2+CR

    2s+1

    CLs2

      − Ls] I 2(3)

    D'%,e:

    eo= 1

    C ∫i2 dt 

    Cs Eo= I 2

    Ree#"a+a%,' e% 7:

     Ei=[ ( Ls+ R1 )CL s2+CR2 s+1

    CLs2

      − Ls]Cs Eo Eo

     E i=

      Ls

    C L2

    s3+ LC R

    2s2+ Ls+ R

    1CL s

    2+C R1 R

    2s+ R

    1−C L2 s3

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    9/23

     R1+ R

     LC (¿ ¿2)s2+(C R1 R

    2+ L)s + R

    1

     Eo

     E i=

     Ls¿

    E% "a 4)ra /e #e/tra % (ir(it' e"6(tri('* Ot6%)a/e % /i/te#a ,ee(a(i'%e/ -%te)r'>,iere%(ia"e/ /i#"t;%ea/ 3e rere/e%te% a" (ir(it'*M6t',' ,e %','/1 #6t',' #a""a/7

    M6t',' %','/:

    N',' a:

    v−va R1

    =C 1

    d

    dt  (va−vb )(1)

    N',' :

    i1=i

    2+i

    3

    C 1

    d

    dt  (va−vb )=

    vb−vd R3

    + 1

     L1∫ vb−vc dt (2)

    N',' (:

    1 L1∫ vb−vc dt = v

    c

     R2(3 )

    N',' ,:

    vb−vd R3

    =C 2

    d

    dt  ( vd )(4)

    ,

    (

    a

    i2

    i

    i.

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    10/23

    M6t','/ ,e #a""a/:

    Ma""a .:

    v (t )= R1i1+

     1

    C ∫ i1 dt + L1

    d

    dt  (i1−i2 )+ R2 (i1−i2) (1

    )

    Ma""a 2:

    0= L1d

    dt  (i2−i1 )+ R2 (i2−i1 )+ R3 (i2−i1 )+

      1

    C 2

    ∫ i2 dt (2)

    < %a re, ,e e%te e% T /e ti"i+a re(e%te#e%te e% /i/te#a/ ,e ('%tr'" ,e(a ('#' %a re, ,e 4"tr'* E% "a 4)ra /e #e/tra e" (ir(it' ,e %a re, ,ee%te e% T* De#6/tre/e 3e "a %(i=% ,e tra%/ere%(ia ,e "a re, e/

    V o(s)V ¿(s)

    =  1+2 R1 Cs+ R1 R2C 

    2s2

    1+(2 R1+ R2 )Cs+ R1 R2 C 2

    s2

    Di?@e/e e" ,ia)ra#a ,e '"'/>(er'/ (a%,'  R1=0.5, R2=1  $ C =0.5 *

    M6t',' ,e %','/:

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    11/23

    N',' a:

    C ( v́¿− v́a )=  1

     R1

    ( va )+C ( v́a− v́o )

     R1C  v́¿= R1C  v́a+ R1C  v́a+va− R1C  v́o

     R1

    Cs V ¿=(2 R1Cs+1 )V a− R1Cs V o(1)

    N',' :

    C ( v́a− v́o )=  1

     R1

    (vo−v¿)

     R1Cs V a=(Cs+1 )V o−V ¿

    V a=

     (Cs+1 )V o−V ¿ R

    1Cs

      (2)

    Ree#"a+a%,' 27 e% .7:

     R1

    Cs V ¿=(2 R1Cs+1 ) (Cs+1) V o−V ¿

     R1Cs  − R

    1Cs V o

    De/e@a%,' $ /i#"i4(a%,' te%e#'/:

    V o(s)V ¿(s)

    =  1+2 R1 Cs+ R1 R2C 

    2s2

    1+(2 R1+ R2 )Cs+ R1 R2 C 2

    s2

    Ree#"a+a%,' ,at'/:

    V o(s)V 

    ¿

    (s)=

    1+0.5s+0.125 s2

    1+s+0.125 s2  =

    ( s+2−2 j ) (s+2+2 j )(s+6.8)(s+1.2)

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    12/23

    Maa ,e '"'/ $ (er'/ ,e" /i/te#a:

    5 Ote%)a "a %(i=% ,e tra%/ere%(ia  X 1(s)/ U (s)  $  X 2(s)/ U (s)  ,e"

    /i/te#a #e(;%i(' 3e /e #e/tra e% "a 4)ra*

    S'"(i=%:

    u−fk 1−fb1−fk  3=m1 ´ 

    1

    u−k 1 1−b1 ´ 

    1−k 3 ( 1− 2 )=m1 ´ 1

    >.*2>*B

    >@2

     @2

    Re

    I#

    FF.

    F.

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    13/23

    U =(m1 s2+b1 s +k 1+k 3) X 1−k 3 X 2(1)

    fk  3−fk 2−fb2=m2 ´ 

    2

    k 3 ( 1− 2)−k 2 2−b2 ´ 2=m2 ´ 2

    k 3 X 1=(m2 s

    2+b2 s +k 2+k 3) X 2(2)

    De/e@a%,' 2 ,e 27:

     X 2=

      k 3

    (m2 s2+b2s+k 2+k 3)

     X 1

    Ree#"a+a%,' e% .7:

    U =(m1 s2+b1 s +k 1+k 3) X 1−k 3   k 3(m2 s

    2+b2 s +k 2+k 3) X 1

    U =[ (m1 s2+b1 s+k 1+k 3)−   k 32

    (m2 s2+b2 s+k 2+k 3 ) ] X 1

     X 1

    U  =

      (m2 s2+b2 s+k 2+k 3)

    (m1 s2+b1 s+k 1+k 3) (m2 s

    2+b2 s+k 2+k 3)−k 32

    Ree#"a+a%,' 27 e% .7:

    U =(m1 s2+b1s+k 1+k 3) (m2 s

    2+b2 s+k 2+k 3 ) X 2k 3

      −k 3 X 2

    F2

    F2F

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    14/23

    U =[ (m1 s2+b1 s+k 1+k 3) (m2 s2+ b2 s+ k 2+k 3)

    k 3−k 3 ] X 2

     X 2

    U  =

      k 3

    (m1 s2+b1 s+k 1+k 3) (m2 s

    2+b2 s+k 2+k 3 )−k 32

    8ara e" /i/te#a ,e "a 4)ra1 e%(e%tre "a %(i=% ,e tra%/ere%(ia

    G ( s )= X 1(s)/ ! (s)

    S'"(i=%:

    f  −fv 3−fv2−fk 2=m2 ´ 

    2

    f  −v 3 ´ 2−v 2 ( ´ 2− ´ 1 )−k 2( 2− 1 )=m2 ´ 2

     ! =(m2 s2+(v 3+v2)s+k 2) X 2−(v 2 s+k 2) X 1

     ! =(s2+2 s+1 ) X 2−( s+1 ) X 1(1)

    F&

    F

    F&2

    F2

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    15/23

    fv 2+ fk 2−fk 1−fv1=m1  ´ 

    1

    v 2 ( ´ 2− ´ 1 )+k 2 ( 2− 1 )−k 1 1−v1 ´ 1=m1 ´ 1

    0=(m1 s2+( v1+v2 ) s +k 2+k 1) X 1−(v2 s +k 2) X 2

    0=(s2+3 s+2) X 1−( s+1 ) X 2

     X 2=

     s2+3 s +2

    s+1 X 

    1(2)

    Ree#"a+a%,' 27 e% .7:

     ! =(s2+2 s+1 ) s2

    +3 s +2s+1  X 1−(s +1 ) X 1

     X 1

     !  =

      s+1( s2+2 s+1 ) ( s2+3 s+2 )− (s+1 )2

     X 1

     !  =

      1

    s3+4 s2+4 s+1

    8ara e" /i/te#a #e(;%i(' r'ta(i'%a" 3e /e #e/tra e% "a 4)ra e%(e%tre "a

    %(i=% ,e tra%/ere%(ia G ( s )="

    2( s)

    T  (s )  .

    F&.

    F.

    F&2

    F2

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    16/23

    S'"(i=%:

    #  "́1=T −$

    1"́1−$

    2 ( "́1− "́2 )− % ( "1−"2 )

    T =( s2+2 s+1 )"1−(s +1 )"2(1)

    0=$2 ( "́1− "́2 )+ %  ("1−"2)−$3  "́2

    (s +1 )"1=(2 s+1 )"2

    "1=

    (2 s+1 )"2

    s+1(2)

    Ree#"a+a%,' 27 e% .7:

    T =( s2+2 s+1 ) (2 s +1 )"

    2

    s+1−( s+1 ) "

    2

    2

    .

     T. T2"1

     T2 T "2  

     T

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    17/23

    "2

    T  =

      s +1( s2+2 s +1) (2 s+1 )−(s+1)2

    "2

     =  1

    2 s2

    +2 s

    B 8ara e" /i/te#a r'ta(i'%a" 3e /e #e/tra e% "a 4)ra1 e%(e%tre "a %(i=%

    ,e tra%/ere%(ia1 G ( s )=" L(s)/ T (s) *

    S'"(i=%:

    #  "́2=T 

    2−T $10=T $1−T  %  0=T  % −T 30=T  L−T $2

    #  "́2=T 

    2−$

    1 ( "́2− "́3 ) $1 ( "́2− "́3 )= %  ("3−"4 ) %  ("3−"4 )=T 3 T  L=$2"́ L

    (# s2+$1 s)"2−$1 s "3=T 2 $1 s "2=( $1 s+ %  )"3− % "4 T 3= % "3− % "4 T  L=$2 s " L

    A,e#;/ /ae#'/ 3e:

    T 2= & 1

     & 2=   10

    100

    T 3

    T  L=

    " L

    "4=

     & 3

     & 4=

    50

    10

     T T2

    "4"

    3"

    2

     T. T. T T T   T T2

     T2

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    18/23

    Le)' te%e#'/:

    "4=0.2" L T  L=0.2T 3T 2=10T 

    Re/'"&ie%,' e" /i/te#a ,e "a/ e(a(i'%e/ 3e e/t;% /ra$a,a/ e%('%tra#'/

    "a %(i=% ,e tra%/ere%(ia*

    "3=

    5$2

    s+0.2 % 

     %   " L

    "2=

     ($1 s+ %  )(5 $2 s+0.2 %  )−0.2 % 2

    $1s% 

      " L

    10T =

    {(# s

    2

    +$1 s) [ ( $1 s+ % )( 5$2 s+0.2 % )−0.2 % 

    2

    $1

    s% 

      ]−$1 s [

    5$2

    s+0.2 % 

     % 

      ]}" L

    Ree#"a+a%,' ,at'/:

    s+¿(¿ (0.2s+0.2 )−0.2 ]−s2 (0.2s+0.2)

    ¿( s2+s )¿10T =¿

    " L

    T  =

      10s

    0.2s4+0.4s3+0.2 s2

    " L

    T  =

      50

    s3+2 s2+s

    " L

    T  =

      50

    s (s +1 )2

    9 Da,' e" /i/te#a ('#i%a,' tra/"a(i'%a" $ r'ta(i'%a" 3e /e #e/tra e% "a

    4)ra1 e%(e%tre "a %(i=% ,e tra%/ere%(ia1 G ( s )= X (s)/T (s) .

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    19/23

    S'"(i=%:

    T −T  % 1=# 1 "́

    T =# 1

    "́+ % 1("−"

    1)

    T =(# 1 s2+ % 

    1)"− % 1"1

    T  % 1−T  ! −T  ' 3=# 2 "́1

     % 1 ("−"1 )−T  ! − '3( "́1− "́2)=# 2 "́1

     % 1

    "+ '3

    s "2=(# 2 s

    2+ '3

    s + % 1 )"1+ !r

     T.

     TF  TD T.

     TD

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    20/23

    T  '3=# 3 "́2

     '3( "́

    1− "́

    2)=# 

    3"́2

     '3

    s "1=(# 3 s

    2+ '3 s)"2

     ! − ! fv− ! k 2− ()= (   ́

     ! − ()= (  ´  +f v ´  + % 2 

     ! =( ( s2+ f v s + % 2 ) X + ()

    s

    A,e#;/:

     X ="1

    r

    Re/'"&ie%,' e" /i/te#a ,e e(a(i'%e/1 te%e#'/:

    T =(# 1 s2+ % 1 )[ r (# 3 s2+ '3 s )[ X r ( # 2 s2+ '3 s + % 1 )+( ( s2+f  v s+ % 2 ) Xr+ ()r ]−( ' 3 s)2 X 

     % 1r (# 3 s2+ '3 s)

      ]− % 1  X rT ={(# 1 s

    2+ % 1 ) s [

    r (# 3 s2+ '3 s) [(# 2 s

    2+ '3 s+ % 1 )+( ( s2+ f v s+ % 2 )r

    2

    ]−( '3 s)2 r

     % 1r (# 3 s2+ '3 s)   ]− % 1

    1

    r } X +(# 1 s

    2+ % 1 % 1(# 3 s

    2+

    F

    F&  M) F2

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    21/23

    .0 E" #'t'r ($a/ (ara(ter-/ti(a/ ,e ar ('%tra &e"'(i,a, /e #e/tra e% "a4)ra #e&e "a (ar)a 3e /e &e e% e" ,ia)ra#a* A")%'/ ,e "'/ e%)ra%a@e/

    tie%e% i%er(ia* E%(e%tre "a %(i=% ,e tra%/ere%(ia1 G ( s )="2 (s )/ Ea (s ) .

    De" )r;4(' te%e#'/:

     % 

     Ra=

     T 

     Ea=5

    5=1

    # 1

    "́1=T m−f 2r1 # 2"́3=f 2 r2−T 2

    # 1 s2 "1=T m− ! 2 r1 # 2 s2"3= ! 2 r2−T 2

    C'#i%a%,' e(a(i'%e/ te%e#'/:

    T 2=

    T m−# 1 s2

    "1

    r1

    r2−# 

    2s2

    "3

     T2

     T#

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    22/23

    A,e#;/ e% )e%era" /ae#'/ 3e:

    r1

    r2=

    "2

    "1=

     & 1

     & 2

    Le)':

    T 2=

    T m−# 1 s2

    "1

     & 1

     & 2−# 

    2s2

    "3

    T 2=

    T m−s2

    "1

    1020−2s2"

    3

    T 2=2T m−2 s2

    "1−2 s2

    "3

    (¿¿2+# 3) "́3=T 2−T 3¿

    (¿¿2+# 3)s2

    "3=T 

    2−T 

    3

    ¿

    # 4

    "́2=T 

    4−T  '

    # 4

    "́2=T 

    4− ' "́

    2

    # 4

    "́2=T 

    3

    20

    10− ' "́

    2

     T T2

     T<  TD

  • 8/19/2019 Modelamiento de sistemas eléctricos y mecanicos

    23/23