Exercícios Resolvidos de Erro em regime permanente e sensibilidade à perturbação

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Enunciado

Determine o erro em regime permanente para entradas de 5 u ( t ) , 5 t u ( t ) e 5 t 2 u t para o sistema mostrado abaixo. Sabendo que:

G s = 100 ( s + 2 ) ( s + 6 ) s s + 3 ( s + 4 )

E que u ( t ) é o degrau unitário.

Passo 1

Pelo diagrama temos que:

G s = C s E s

C s = G s E ( s )

E:

E s = R s - C ( s )

Substituindo a primeira na segunda:

E s = R s - G s E ( s )

E s + G s E s = R ( s )

Portanto:

E s = R s 1 + G s

Passo 2

Fazendo primeiramente para a entrada 5 u ( t ) .

R s = 5 s

Substituindo o valor de G ( s ) que foi dado no enunciado e a entrada degrau, encontraremos a expressão do erro do sistema:

E s = 5 s 1 + 100 ( s + 2 ) ( s + 6 ) s s + 3 ( s + 4 )

Rearranjando:

E s = 5 s ( s + 3 ) ( s + 4 ) s s s + 3 s + 4 + 100 ( s + 2 ) ( s + 6 )

Aplicando o teorema do valor final:

e ∞ = lim s → 0 ⁡ s 5 s ( s + 3 ) ( s + 4 ) s s s + 3 s + 4 + 100 ( s + 2 ) ( s + 6 )

e ∞ = lim s → 0 ⁡ 5 s s + 3 s + 4 s s + 3 s + 4 + 100 ( s + 2 ) ( s + 6 ) = 0

Passo 3

Para a entrada 5 t u ( t ) :

R s = 5 s 2

Substituindo na expressão do erro:

E s = 5 s 2 1 + 100 ( s + 2 ) ( s + 6 ) s s + 3 ( s + 4 )

Rearranjando:

E s = 5 s ( s + 3 ) ( s + 4 ) s 2 s s + 3 s + 4 + 100 ( s + 2 ) ( s + 6 )

E aplicando o teorema do valor final:

e ∞ = lim s → 0 ⁡ s 5 s ( s + 3 ) ( s + 4 ) s 2 s s + 3 s + 4 + 100 ( s + 2 ) ( s + 6 )

e ∞ = lim s → 0 ⁡ 5 s ( s + 3 ) ( s + 4 ) s s s + 3 s + 4 + 100 ( s + 2 ) ( s + 6 )

e ∞ = lim s → 0 ⁡ 5 s + 3 s + 4 s s + 3 s + 4 + 100 s + 2 s + 6 = 60 1200 = 1 20

Passo 4

Por fim, para a entrada 5 t 2 u ( t ) :

R s = 5 s 3

Então, a expressão de E ( s ) fica assim:

E s = 5 s 3 1 + 100 ( s + 2 ) ( s + 6 ) s s + 3 ( s + 4 )

Rearranjando:

E s = 5 s ( s + 3 ) ( s + 4 ) s 3 s s + 3 s + 4 + 100 ( s + 2 ) ( s + 6 )

E aplicando o teorema do valor final:

e ∞ = lim s → 0 ⁡ s 5 s ( s + 3 ) ( s + 4 ) s 3 s s + 3 s + 4 + 100 ( s + 2 ) ( s + 6 )

e ∞ = lim s → 0 ⁡ 5 s ( s + 3 ) ( s + 4 ) s 2 s s + 3 s + 4 + 100 ( s + 2 ) ( s + 6 )

e ∞ = lim s → 0 ⁡ 5 s + 3 s + 4 s 2 s + 3 s + 4 + 100 s s + 2 s + 6 = 60 0 = ∞

Resposta

Para:

R s = 5 s → e ∞ = 0

R s = 5 s 2 → e ∞ = 1 20

R s = 5 s 3 → e ∞ = ∞

Esses resultados são coerentes visto que a função de transferência é do tipo 1.