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Exercícios de Sistemas de Controle: Análise de Lugar Geométrico das Raízes, Exercícios de Sistemas de Controle Avançados

Uma série de exercícios relacionados à análise de lugar geométrico das raízes em sistemas de controle. Os exercícios abordam conceitos como pontos de saída e entrada, faixa de k para estabilidade, polos de segunda ordem criticamente amortecidos, fator de amortecimento, ultrapassagem percentual, tempo de acomodação, instante de pico, aproximação de segunda ordem, erro em regime permanente, e aplicação do matlab para análise de lugar geométrico das raízes. Os exercícios são úteis para estudantes de engenharia que desejam aprofundar seus conhecimentos em sistemas de controle.

Tipologia: Exercícios

2025

Compartilhado em 18/03/2025

thais-izabely-martins
thais-izabely-martins 🇧🇷

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13. Para cada sistema mostrado na Figura P8.6 faça um gráfico exato do lugar geométrico das
raízes e determine o seguinte: [Seção: 8.5]
a) Os pontos de saída e de entrada
b) A faixa de K para manter o sistema estável
c) O valor de K que resulta em um sistema estável com polos de segunda ordem
criticamente amortecidos
d) O valor de K que resulta em um sistema estável com um par de polos de segunda ordem
com um fator de amortecimento de 0,707
28. O sistema com realimentação unitária mostrado na Figura 8.3, no qual
deve ser projetado para fator de amortecimento mínimo. Determine o seguinte: [Seção: 8.7]
a) O valor de K que resultará em fator de amortecimento mínimo
b) A ultrapassagem percentual estimada para este caso
c) O tempo de acomodação e o instante de pico estimados para este caso
d) A justificativa de uma aproximação de segunda ordem (discuta)
e) O erro em regime permanente esperado para uma entrada em rampa unitária para o
caso de fator de amortecimento mínimo
32. Para o sistema com realimentação unitária mostrado na Figura P8.3, no qual
faça o seguinte: [Seção: 8.7]
a) Esboce o lugar geométrico das raízes.
b) Determine o valor de K que resultará em 10% de ultrapassagem.
c) Localize todos os polos não dominantes. O que você pode dizer sobre a aproximação de
segunda ordem que levou a sua resposta no Item b?
d) Determine a faixa de K que resulta em um sistema estável.
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  1. Para cada sistema mostrado na Figura P8.6 faça um gráfico exato do lugar geométrico das raízes e determine o seguinte: [Seção: 8.5] a) Os pontos de saída e de entrada b) A faixa de K para manter o sistema estável c) O valor de K que resulta em um sistema estável com polos de segunda ordem criticamente amortecidos d) O valor de K que resulta em um sistema estável com um par de polos de segunda ordem com um fator de amortecimento de 0,
  2. O sistema com realimentação unitária mostrado na Figura 8.3, no qual deve ser projetado para fator de amortecimento mínimo. Determine o seguinte: [Seção: 8.7] a) O valor de K que resultará em fator de amortecimento mínimo b) A ultrapassagem percentual estimada para este caso c) O tempo de acomodação e o instante de pico estimados para este caso d) A justificativa de uma aproximação de segunda ordem (discuta) e) O erro em regime permanente esperado para uma entrada em rampa unitária para o caso de fator de amortecimento mínimo 32. Para o sistema com realimentação unitária mostrado na Figura P8.3, no qual faça o seguinte: [Seção: 8.7] a) Esboce o lugar geométrico das raízes. b) Determine o valor de K que resultará em 10% de ultrapassagem. c) Localize todos os polos não dominantes. O que você pode dizer sobre a aproximação de segunda ordem que levou a sua resposta no Item b? d) Determine a faixa de K que resulta em um sistema estável.
  1. Repita o Problema 32 utilizando o MATLAB. Utilize um programa para fazer o seguinte: a) Exibir o lugar geométrico das raízes e realizar uma pausa. b) Traçar uma vista ampliada do lugar geométrico das raízes onde os eixos vão de –2 a 0 no eixo real e de –2 a 2 no eixo imaginário. c) Sobrepor a reta de 10% de ultrapassagem no lugar geométrico das raízes ampliado. d) Selecionar interativamente o ponto onde o lugar geométrico das raízes cruza a reta de 10% de ultrapassagem e responder com o ganho nesse ponto bem como com todos os polos em malha fechada com esse ganho. e) Gerar a resposta ao degrau com o ganho para 10% de ultrapassagem. 45. A Figura P8.13( a ) mostra um robô equipado para executar soldagem a arco. Um dispositivo semelhante pode ser configurado como um robô industrial de seis graus de liberdade que pode transferir objetos de acordo com uma programação desejada. Admita o diagrama de blocos do sistema de movimento de giro mostrado na Figura 8.13( b ). Caso K = 64.510, faça uma aproximação de segunda ordem e estime o seguinte ( Hardy , 1967 ): a) O fator de amortecimento b) A ultrapassagem percentual c) A frequência natural d) O tempo de acomodação e) O instante de pico O que você pode dizer sobre sua aproximação de segunda ordem original? 48. Grandes estruturas no espaço, como a estação espacial, precisam ser estabilizadas contra vibrações indesejadas. Um método é utilizar um absorvedor de vibração ativo para controlar a estrutura, como mostrado na Figura P8.15( a ) ( Bruner , 1992 ). Admitindo que todos os valores exceto a massa do absorvedor de vibração ativo são conhecidos e iguais à unidade, faça o seguinte: a) Obtenha G ( s ) e H ( s ) = H 1( s ) H 2( s ) na representação em diagrama de blocos do sistema da Figura 8.15( b ), que mostra que o absorvedor de vibração ativo atua como um elemento

58. Um diagrama de blocos simplificado do servomecanismo de uma pupila humana é mostrado na Figura P8.19. O termo e –0,18 s^ representa um atraso no tempo. Esta função pode ser aproximada pelo que é conhecido como aproximação de Padé. Esta aproximação pode assumir muitas formas de complexidade crescente, dependendo do grau de exatidão exigido. Caso utilizemos a aproximação de Padé Então Uma vez que o fluxo de luz na retina é uma função da abertura da íris, oscilações no fluxo de luz na retina implicam em oscilações da íris ( Guy , 1976 ). Determine o seguinte: a) O valor de K que resultará em oscilações b) A frequência dessas oscilações c) O tempo de acomodação para a íris se K é tal que o olho está operando com 20% de ultrapassagem

59. Um sistema de suspensão ativa foi proposto para trens AMTRAK. O sistema utiliza um atuador pneumático em paralelo com o sistema de suspensão passiva, como mostrado na Figura P8.20. A força do atuador é subtraída da força aplicada pelo solo, como representado pelo deslocamento, yg ( t ). A aceleração é medida por um acelerômetro, e sinais proporcionais à aceleração e à velocidade são realimentados para o atuador de força. A função de transferência relacionando a aceleração ao deslocamento do solo é Admitindo que M = 1 e D = K = Cv = 2, faça o seguinte ( Cho , 1985 ): a) Esboce um lugar geométrico das raízes para este sistema à medida que Ca varia de zero a infinito. b) Determine o valor de Ca que resultaria em um fator de amortecimento de 0,69 para os polos em malha fechada. 69. Acionadores harmônicos são muito populares para a utilização em manipuladores robóticos devido à sua pequena folga, alta transmissão de torque e tamanho compacto (Spong, 2006). O problema de flexibilidade da junta é algumas vezes um fator limitante na obtenção de um bom desempenho. Considere que o modelo idealizado representando a flexibilidade da junta é mostrado na Figura P8.25. A entrada do acionador vem de um atuador e é aplicada em θ (^) m. A saída é conectada a uma carga em θ 1. A mola representa a flexibilidade da junta e Bm e B 1