Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear Resolução do 1º teste Ano lectivo 2000/2001 02-11-2000 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear I A figura representa o diagrama esquemático de um sistema de controlo de nível de líquido. 02-11-2000 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear a) Qual o diagrama de blocos do sistema de controlo apresentado. Controlador Válvula pneumática Tanque de água Bóia 02-11-2000 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear b) Considerando que o nível de líquido é operado por um ser humano, qual o diagrama de blocos do sistema. Cérebro Músculos e válvula Tanque de água Olhos 02-11-2000 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear II-1 Calcule a transformada de Laplace de: a) d2y dy dx  4  4 y  3  2 x , admitindo as condições iniciais nulas. dt 2 dt dt d2y dy dx  4  4 y  3  2x 2 dt dt dt y  4 y  4 y  3x  2 x s 2 y s   4sy s   4 y s   3sx s   2 xs  02-11-2000 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear b) 2 x  7 x  3 x  0 , sabendo que x0  2 e x0  3 2 x  7 x  3x  0   2 s 2 xs   sx 0  x 0  7sx s   x0  3 xs   0 2s 2 xs   2sx 0  2 x 0  7 sx s   7 x0   3xs   0 2s 2 xs   4s  6  7 sx s   14  3xs   0 2s 2 xs   7 sx s   3 xs   4s  20 02-11-2000 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear II-2 Determine a transformada inversa de Laplace de: a) G s   s 1 s 2  5s  6 G s   s 1 s 1 a b    s 2  5s  6 s  3s  2 s  3 s  2  3 1  2  s 1  a  Gs s  3s 3     2   s  2  s 3  3  2  1  2  1 1  s 1 b  Gs s  2s 2      1   s  3  s 2  2  3 1 02-11-2000 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear 1   2 -1  2  -1  1  g t   L-1t G s   L-1    L  L   s  3 s  2  s  3 s  2        1  -1  1   3t  2t  2L-1   L  2 e  e  s  2  s  3   02-11-2000 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear b) F s   s ( s  1) 2 F s   s b1 b2   s  12 s  12 s  1  b1  F s s  1 2   s  1  ss 1  1  d d  2  b2   F s s  1    s   1s 1  1  ds s 1  ds  s 1  1 1  1  -1  -1  1  g t   L-1 F s   L-1    L   L    2 2    s  1  s  1 s  1  s  1   1  -1  1  t t t    L-1   L   te  e  1  t e 2  s  1    s  1  02-11-2000 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear II-3 Considere o sistema mecânico da figura seguinte, representado pela equação diferencial: d 2x m 2  kx  F t  dt Suponha que o sistema é posto em movimento por uma força impulso unitário, determine a oscilação resultante. Obs.: Considere o sistema inicialmente em repouso. 02-11-2000 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear d 2x m 2  kx  F t  dt mx  kx  F t  F t   δt   mx  kx  δt  L ms 2 xs   kxs   1 ms 2 x s   w k 02-11-2000 m   k x s   1  x s   1 ms  k 2 1  1 m s  km 2 m s  w2 2 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear 1 -1  w   1m  1 -1  1  x t   L  2  L  2  s 2  w2  mw L  s 2  w2   s  w m       1 1 1 sen wt   sen k mt  sen k mt mw m km km -1  02-11-2000  Copyright 2000, Jorge Lagoa   Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear III Um servomecanismo tem o seguinte diagrama de blocos: 02-11-2000 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear 1. Determine a função de transferência R(s) C(s) k1 1/s2 -(1+k2s) Cs  através da fórmula de ganho de Mason. R s  1 k1  2 2 s s 1 k kk s L  k1  2  1  k 2 s    12  1 22 s s s k kk s   1  L  1  12  1 22 s s 1  1 P  k1  G 02-11-2000 k1 s2 P.1 k1   2 k k k s s  k1k 2 s  k1  1  12  1 22 s s Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear 2. Sabendo que K1  2 e que K2  3 , determine:  se for um sistema de primeira ordem: a constante de tempo;  se for um sistema de segunda ordem: o máximo sobreimpulso e o tempo de acomodação. G s   2 s 2  6s  2 sistema de segunda ordem wn2  2  wn  2 2ξwn  6  ξwn  ts  4 4  ξwn 3 Mp e 02-11-2000 6 3 3 3 ξ    2,121 2 wn 2  ξ 1-ξ 2  e  1,212  1-1,2122  e1,905  6,719 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear IV Um sistema mecânico apresenta a seguinte resposta a um impulso unitário: G s   2s  2 s 3  3,5s 2  6,5s  10 Indique a função de transferência do sistema. Justifique completamente a sua resposta. F s   Gs .us  impulso unitário  us   1 F s   Gs  F s   02-11-2000 2s  2 s 3  3,5s 2  6,5s  10 Copyright 2000, Jorge Lagoa Engenharia e Gestão da Produção Teoria de Sistemas de Controlo Linear 02-11-2000 Copyright 2000, Jorge Lagoa