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DISEÑO DE CONTROLADORES COMPENSACIÓN DE ATRASO- ADELANTO
79

compensadores 2da parte

Dec 08, 2015

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Page 1: compensadores 2da parte

DISEÑO DE CONTROLADORES

COMPENSACIÓN DE ATRASO-ADELANTO

Page 2: compensadores 2da parte

Contenido

� 1.

Page 3: compensadores 2da parte

COMPENSACIÓN DE ATRASO-ADELANTO

� La compensación de adelanto básicamente acelera la respuestae incrementa la estabilidad del sistema

� La compensación de atraso mejora la precisión en estado establedel sistema, pero reduce la velocidad de la respuesta.

Respuesta transitoria

Respuesta es estado estable

Adelanto

Atraso

MEJORA COMPENSADOR

COMPENSADOR ATRASO ADELANTO

Page 4: compensadores 2da parte

Compensador electrónico de atraso-adelanto

� Compensador electrónico atraso-adelanto (CAA)

���������� ���

���� �� � � ��� � 1

����� � 1����� � 1

�� � � ��� � 1

Page 5: compensadores 2da parte

� La función de transferencia

� Donde:

���������� ���

���� �� � � ��� � 1

����� � 1����� � 1

�� � � ��� � 1���������� � � ��� � 1

��� � � 1��� � 1���� � 1

�� � �� � � �� ��� � ������� � �� � � �� ��� ����

� � ������

Page 6: compensadores 2da parte

� Otra forma de expresar

� Donde

���������� � ��� � 1��� � 1���

� � 1��� � 1���

�� � ������

������ � ��� � �1

�� �1

�� � � �� 1���

� ��� �

1����

1�� �1

���� 1��� �

1�� � � ��

Compensador Atraso Adelanto

Page 7: compensadores 2da parte

Técnicas de compensación de atraso-adelanto basadas en el LGR

� La función transferencia del compensador

� Para � ≠ �� Paso 1. A partir de las especificaciones de desempeño

proporcionadas, se determina la ubicación deseada para los polosdominantes en lazo cerrado

� Paso 2. A partir de la FT en lazo abierto del sistema nocompensado G(s), determine la deficiencia angular �. La parte deadelanto de fase del compensador de atraso-adelanto debecontribuir con este ángulo �.

�� � ��� � 1��� � 1���

� � 1��� � 1���

�, � > 1,

�� ganancia de la red de adelanto del compensador atraso adelanto

Page 8: compensadores 2da parte

� Paso 3. Si � � �� es uno de los polos dominantes en lazo cerrado, la elección de los valores de �� y � se hace para que cumplan las siguientes condiciones:

� Se determina el valor de �� a partir de la condición de magnitud

∠�� �1��

�� � ���� �

���� � 1���� � ���

����� � 1

Page 9: compensadores 2da parte

� Paso 4. Si se da la constante de error estático de velocidad � , se determina el valor de � para satisfacer el requerimiento de la constante.

� � lim$→� ��� � � � � lim$→� ���� � 1��� � 1���

� � 1��� � 1���

� �

� lim$→� ���1�����

1��1���� �

� � lim$→� ����� � � De esta ecuación se halla �

Page 10: compensadores 2da parte

� Paso 5. Seleccionar el valor de �� tal que cumpla las condicionessiguientes ���&'()*+�:

�� � 1���� � 1���

≅ 1 −5° < �� �1��

�� � 1���< 0°

Page 11: compensadores 2da parte

Ejemplo 4.1

� Considere el sistema G(s), con realimentación unitaria. Cuya función de transferencia de la trayectoria directa es

� Diseñe un compensador para cumplir las especificaciones de desempeño 2 � 0.5, 45 � 5'(*/�+& y � � 80�+&8�

� Solución� La función de transferencia de lazo abierto es:

� La función de transferencia de lazo cerrado de sistema:

� � � 4��� � 0.5�

� � � 4��� � 0.5� �

4�� � 0.5�

� ����� �

����1 � ���� �

4��� � 0.5� � 4 �

4�� � 0.5� � 4

Page 12: compensadores 2da parte

� Los polos de lazo cerrado

� De donde se obtiene

� La constante de error estático de velocidad

� � −0.2500 ± <1.984345 � 2'(*/�+&2 � 0.125

� � lim$→� ������ lim$→� �

4��� � 0.5� � lim$→�

4�� � 0.5�

� � 8�+&8�

Page 13: compensadores 2da parte

� Lugar geométrico de raíces

Root Locus

Real Axis

Imag

inar

y A

xis

-1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0-3

-2

-1

0

1

2

3

0.7

0.030.060.0950.1350.190.28

0.4

0.7

0.5

1

1.5

2

2.5

0.5

1

1.5

2

2.5

3

System: sysGain: 1Pole: -0.25 + 1.98iDamping: 0.125Overshoot (%): 67.3Frequency (rad/sec): 2

0.030.060.0950.1350.190.28

0.4

Page 14: compensadores 2da parte

� Respuesta a una entrada escalón

0 5 10 15 20 250

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8Step Response

Time (sec)

Am

plitu

de

Page 15: compensadores 2da parte

� Respuesta a una entrada rampa

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10Step Response

Time (sec)

Am

plitu

de

Page 16: compensadores 2da parte

� Parámetros

• 45 � 2'(*/�+&• 2 � 0.125• � � 8�+&8�

• 2 � 0.5• 45 � 5'(*/�+&

• � � 80�+&8�

sistema no compensado sistema compensado

Page 17: compensadores 2da parte

� Paso 1. Polos deseados en lazo cerrado (parámetros de desempeño)

� Paso 2. deficiencia de ángulo �• 2 � 0.5• 45 � 5'(*/�+& � � −245 ± 4?

� � −2.5 ± <4.3301

Page 18: compensadores 2da parte

� Deficiencia angular

� A partir de la ecuación:

� La deficiencia angular:

∠ 4��� � 0.5�@$AB8�.�CD.

� ±180�2E � 1�

� � 234.79 − 180� 54.79

�� − �G � � � 54.79

−114.7914 − 120� −234.79

-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0.050.110.170.240.340.46

0.62

0.84

1

2

3

4

1

2

3

4

5

0.050.110.170.240.340.46

0.62

0.84

Root Locus

Real Axis

Imag

inar

y A

xis

PD

Page 19: compensadores 2da parte

� Paso 3. Determine el polo y cero de la parte en adelanto del compensador correspondiente

� Deficiencia angular es:

� El cero � � −0.5�HIEI�� El polo � � −5

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

50.10.220.320.440.580.72

0.86

0.96

0.10.220.320.440.580.72

0.86

0.96

123456

Root Locus

Real Axis

Imag

inar

y A

xis

����� � ��� � 1��� � 1���

�� − �G � � � 54.79

x

x

Varias posibilidades

Page 20: compensadores 2da parte

� La parte en adelanto del compensador queda:

� La parte en adelanto y el sistema:

� Ganancia JK, utilizamos la condición de magnitud en el PD (−2.5 ±<4.33)

� Obtenemos

��L � � ��� � 1��� � 1���

� �� � � 0.5� � 5

��L � � � � �� �� � 0.5��� � 5�

4��� � 0.5� � � 1

��� � 5�

�� � � � � � 1��� � 5� 8�.�±D.

� 1

�� � 6.25� � 25

� � 4��

Page 21: compensadores 2da parte

� La parte del compensador en adelanto

� El sistema compensado solo con la parte en adelanto

��L � � ��� � 1��� � 1���

� 6.25 �� � 0.5��� � 5�

��L � � � � 6.25 �� � 0.5��� � 5�

4��� � 0.5� � 25 1

��� � 5�

Page 22: compensadores 2da parte

� EL lugar geométrico de raíces del sistema solo compensado con la parte en adelanto

Root Locus

Real Axis

Imag

inar

y A

xis

-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

50.46

0.62

0.84

0.050.110.170.240.340.46

0.62

0.84

1

2

3

4

1

2

3

4

5

System: sysGain: 0.99Pole: -2.5 + 4.3iDamping: 0.503Overshoot (%): 16.1Frequency (rad/sec): 4.98

0.050.110.170.240.34

� � −2.5 ± <4.3301Polos deseados

cumple

Page 23: compensadores 2da parte

� Paso 4. Calculo de la constante de error estático de velocidad � ,requerida se determina �

� Remplazando

� � lim$→� �6.25�� � 0.5��� � 5�

� � 1��� � 1���

4� � � 0.5

�� � � � � ��� � 1��� � 1���

� � 1��� � 1���

� �

� � 6.25 1�5�1��1���

41 � 5� � 80 � � 16

Sistema compensado

Page 24: compensadores 2da parte

� Paso 5. Seleccionar el valor de �� tal que cumpla las condicionessiguientes

� Elegimos �� � 5 , verificamos las dos condiciones en el polodeseado � � −2.5 ± <4.3301

�� � 1���� � 1���

≅ 1 −5° < �� �1��

�� � 1���< 0°

Cero: � � −0.2Polo: � � −0.0125

Page 25: compensadores 2da parte

� Magnitud

� Angulo

�� � 1���� � 1��� $�B8�.�CD.��

� � � 0.2� � 0.0125 8�.�CD.��

� 0.98 ≅ 1

∠ −2.5 � <4.3301 � 0.2−2.5 � <4.3301 � 0.0125

� −N()8� 4.33012.3 �N()8� 4.3301

2.4875

−5° < �� �1��

�� � 1���< 0°

� −62.0243 � 60.1240 � −1.9003° Cumple

Page 26: compensadores 2da parte

� El compensador tendrá la función de transferencia de lazo abierto

����� � ��� � 1��� � 1���

� � 1��� � 1���

� 6.25 �� � 0.5��� � 5�

�� � 0.2��� � 0.0125� �

����� � 6.25�� � 4.37� � 0.625�� � 5.0125� � 0.0625

Page 27: compensadores 2da parte

� La función de transferencia LA del sistema compensado

�� � � � � ��� � 1��� � 1���

� � 1��� � 1���

� �

� 6.25 �� � 0.5��� � 5�

�� � 0.2��� � 0.0125�

4� � � 0.5

�� � � � � 25� � 5� � 5.0125�� � 0.0625�

Page 28: compensadores 2da parte

� Función de transferencia de lazo cerrado

� ����� �

����1 � ���� �

25� � 5� � 5.0125�� � 0.0625�1 � 25� � 5� � 5.0125�� � 0.0625�

� 25� � 5� � 5.0125�� � 25.0625� � 5

Page 29: compensadores 2da parte

� Lugar geométrico de raíces del sistema compensado

Root Locus

Real Axis

Imag

inar

y A

xis

-5.5 -5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

50.420.540.68

0.84

0.95

0.090.20.30.420.540.68

0.84

0.95

12345

System: sysGain: 1.01Pole: -2.4 + 4.3iDamping: 0.488Overshoot (%): 17.3Frequency (rad/sec): 4.93

0.090.20.3

Page 30: compensadores 2da parte

� Lugar geométrico de raíces del sistema no compensado y compensado

-5.5 -5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

50.420.540.68

0.84

0.95

0.090.20.30.420.540.68

0.84

0.95

12345

0.090.20.3

Root Locus

Real Axis

Imag

inar

y A

xis

sys nc

sys c

Page 31: compensadores 2da parte

� Respuesta ante una entrada escalón del sistema no compensado y compensado

0 5 10 15 20 250

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

Step Response

Time (sec)

Am

plitu

de

escalon

sys nc

sys c

Page 32: compensadores 2da parte

� Respuesta ante una entrada rampa del sistema no compensado y compensado

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Step Response

Time (sec)

Am

plitu

de

rampa

sys nc

sys c

Page 33: compensadores 2da parte

� Respuesta rampa (ampliación)

9.25 9.3 9.35 9.4 9.45 9.5 9.55 9.6

9.3

9.35

9.4

9.45

9.5

9.55

9.6

9.65

Step Response

Time (sec)

Am

plitu

de

rampa

sys nc

sys c

Page 34: compensadores 2da parte

� Para � � �� Paso 1. A partir de las especificaciones de desempeño

proporcionadas, determine la ubicación deseada para los polosdominantes en lazo cerrado

� Paso 2. El compensador de atraso adelanto se modifica a laecuación:

� Paso 3. Si se especifica la constante de error estático de velocidad � , determine el valor de la constante ��, a partir de la ecuación siguiente:

�� � ��� � 1��� � 1���

� � 1��� � 1���

� ��� � 1��� � ���

� � 1��� � 1���

Page 35: compensadores 2da parte

� Obteniendo

� Paso 4. Calcule la contribución requerida del ángulo � de la parte de adelanto de fase del compensador. Determinar los valores de ��y � a partir de las condiciones de magnitud y ángulo (en ��)

� � ���� �

∠ �� � 1���� � 1���

� � ���� � 1���� � 1���

����� � 1

� � lim$→� ��� � � � � lim$→� ���� � 1��� � ���

� � 1��� � 1���

����

Page 36: compensadores 2da parte

� Paso 5. Usando el valor de � hallado, seleccionamos ��suficientemente grande, de modo cumpla con las siguientescondiciones

�� � 1���� � 1���

≈ 1 5° < ∠ �� � 1���� � 1���

< 0°

Page 37: compensadores 2da parte

Ejemplo 4.2

� Considere el sistema de control la FT lazo abierto ����. Diseñe uncompensador atraso adelanto con � � � apropiado, para cumplirtodas las especificaciones de desempeño 2 � 0.5, 45 � 5'(*/�+& y� � 80�+&8�

� Solución� La función de transferencia de lazo abierto de acuerdo al ejemplo

es:

� La función de transferencia de lazo cerrado de sistema:

� � � 4��� � 0.5�

� � � 4��� � 0.5� �

4�� � 0.5�

� ����� �

����1 � ���� �

4��� � 0.5� � 4 �

4�� � 0.5� � 4

Page 38: compensadores 2da parte

� Lugar geométrico de raícesRoot Locus

Real Axis

Imag

inar

y A

xis

-1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0-3

-2

-1

0

1

2

3

0.7

0.030.060.0950.1350.190.28

0.4

0.7

0.5

1

1.5

2

2.5

0.5

1

1.5

2

2.5

3

System: sysGain: 1Pole: -0.25 + 1.98iDamping: 0.125Overshoot (%): 67.3Frequency (rad/sec): 2

0.030.060.0950.1350.190.28

0.4

Page 39: compensadores 2da parte

� Respuesta a una entrada escalón

0 5 10 15 20 250

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8Step Response

Time (sec)

Am

plitu

de

Page 40: compensadores 2da parte

� Respuesta a una entrada rampa

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10Step Response

Time (sec)

Am

plitu

de

Page 41: compensadores 2da parte

� Parámetros

• 45 � 2'(*/�+&• 2 � 0.125• � � 8�+&8�

• 2 � 0.5• 45 � 5'(*/�+&

• � � 80�+&8�

sistema no compensado sistema compensado

Page 42: compensadores 2da parte

� Paso 1. Polos deseados en lazo cerrado (parámetros dedesempeño)

� Paso 2. El compensador de atraso adelanto se modifica a la ecuación:

• 2 � 0.5• 45 � 5'(*/�+& � � −245 ± 4?

� � −2.5 ± <4.3301

�� � ��� � 1��� � 1���

� � 1��� � 1���

� ��� � 1��� � ���

� � 1��� � 1���

Page 43: compensadores 2da parte

� Paso 3. Si se especifica la constante de error estático de velocidad � , determine el valor de la constante ��� � lim$→� ��� � � � � lim$→� ���

� � 1��� � ���

� � 1��� � 1���

����

� lim$→� ���� � 1��� � ���

� � 1��� � 1���

4��� � 0.5�

� � ��1�����

1��1���40.5 � ���8� �� � 1080

Page 44: compensadores 2da parte

� El sistema compensado será:

� Paso 4. Calculo la deficiencia angular requerida � , parte deadelanto de fase del compensador de atraso adelanto, en el polodeseado

�� � � � � JK� � 1��� � ���

� � 1��� � 1���

4��� � 0.5�

� PQ � � 1��� � ���

� � 1��� � 1���

4��� � 0.5�

� � −2.5 ± <4.3301

Page 45: compensadores 2da parte

� Calculo la deficiencia angular a partir de la FTLA al polo deseado

� A partir de la ecuación:

� La deficiencia angular:

∠ 4��� � 0.5�@$B8�.�±D.�� � ±180�2E � 1�

−120 − 114.7914� −234.7914 � ±180�2E � 1�

� � 234.7914 � 180 � 54.79

�� − �G � � � 54.79-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0.050.110.170.240.340.46

0.62

0.84

1

2

3

4

1

2

3

4

5

0.050.110.170.240.340.46

0.62

0.84

Root Locus

Real Axis

Imag

inar

y A

xis

PD

Page 46: compensadores 2da parte

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

50.120.220.340.480.60.74

0.88

0.96

0.120.220.340.480.60.74

0.88

0.96

123456

Root Locus

Real Axis (seconds -1)

Imag

inar

y A

xis

(se

cond

s-1)

� Determine el polo y cero de la parte en adelanto del compensador correspondiente

� Si la deficiencia angular es:

� El cero � � −0.5� El polo � � −5

����� � ��� � 1��� � ���

�� − �G � � � 54.79

x

x

� � 10

polo cero

Page 47: compensadores 2da parte

� El sistema compensado

� Sistema compensado solo con red adelanto

�� � � � � JK� � PRP� � �RP

� � 1��� � 1���

4� � � 0.5

� 10 � � 0.5� � 5

� � 1��� � 110��

4� � � 0.5

�� � � � � 40� � 20� � 5.5�� � 2.5�

Page 48: compensadores 2da parte

� El LGR para el sistema compensado solo con el compensador en adelanto, pasa por el polo deseado (especificaciones de desempeño)

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1-3

-2

-1

0

1

2

30.20.380.560.70.810.89

0.95

0.988

0.20.380.560.70.810.89

0.95

0.988

123456

Root Locus

Real Axis (seconds -1)

Imag

inar

y A

xis

(se

cond

s-1)

Page 49: compensadores 2da parte

� Paso 5.Seleccionamos �� ( grande) de modo cumpla con lassiguientes condiciones:

� Elegimos �� � 5 , verificamos las dos condiciones en el polodeseado s � −2.5 ± <4.3301

� Cero: � � 0.2� Polo: � � 0.02

�� � 1���� � 1���

� 1 5° < ∠ �� � 1���� � 1���

< 0°

Page 50: compensadores 2da parte

� Magnitud

� Angulo

�� � 1���� � 1��� $�B8�.�CD.��

� � � 0.2� � 0.02 8�.�CD.��

� 0.98 ≅ 1

∠ −2.5 � <4.3301 � 0.2−2.5 � <4.3301 � 0.02

� −N()8� 4.33012.3 �N()8� 4.3301

2.48

−5° < �� �1��

�� � 1���< 0°

� −62.0243 � 60.1240 � −6.30°

Page 51: compensadores 2da parte

� El compensador tendrá la función de transferencia en lazo abierto

�� � � � � ��� � 1��� � ���

� � 1��� � 1���

4� � � 0.5

� 10 � � 0.5� � 5

�� � 0.2��� � 0.02�

4� � � 0.5 � 40� � 8

� � 5.02�� � 0.1�

Page 52: compensadores 2da parte

� El LGR del sistema compensado

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.50.350.640.80.890.940.97

0.988

0.997

0.350.640.80.890.940.97

0.988

0.997

123456

Root Locus

Real Axis (seconds -1)

Imag

inar

y A

xis

(se

cond

s-1)

Page 53: compensadores 2da parte

� LGR del sistema no compensado y compensado

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1-3

-2

-1

0

1

2

30.20.380.560.70.810.89

0.95

0.988

0.20.380.560.70.810.89

0.95

0.988

123456

Root Locus

Real Axis (seconds -1)

Imag

inar

y A

xis

(se

cond

s-1)

Page 54: compensadores 2da parte

� La FT de lazo cerrado

�� � � �1 � �� � � � �

40� � 8� � 5.02�� � 0.1�1 � 40� � 8� � 5.02�� � 0.1�

� 40� � 8� � 5.02�� � 40.1� � 8

Page 55: compensadores 2da parte

� La respuesta a una entrada escalón:

0 5 10 15 20 250

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8Step Response

Time (seconds)

Am

plit

ude

Page 56: compensadores 2da parte

� La respuesta ante una entrada rampa:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10Step Response

Time (seconds)

Am

plit

ude

Page 57: compensadores 2da parte

0 1 2 3 4 5 6

0

1

2

3

4

5

6

Step Response

Time (seconds)

Am

plit

ude

Page 58: compensadores 2da parte

Ejemplo 4.3

� Considere el sistema de control la FT lazo abierto ����. Diseñe uncompensador atraso adelanto con � � � apropiado, para cumplirtodas las especificaciones de desempeño � � −2 ± <3.46 y � �50�+&8�

� Solución� La función de transferencia de lazo abierto de acuerdo al ejemplo

es:

� � � 10��� � 2��� � 5�

� � � 10��� � 2��� � 5� �

10� � 7�� � 10�

� ����� �

����1 � ���� �

10� � 7�� � 10�1 � 10� � 7�� � 10�

� 10� � 7�� � 10� � 10

Page 59: compensadores 2da parte

� La grafica del LGR

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

50.180.360.540.68

0.8

0.88

0.95

0.985

0.180.360.540.680.8

0.88

0.95

0.985

123456

Root Locus

Real Axis

Imag

inar

y A

xis

LGR sys nc

Page 60: compensadores 2da parte

� Respuesta entrada escalón

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4Step Response

Time (seconds)

Am

plit

ude

Page 61: compensadores 2da parte

� Respuesta entrada rampa

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10Step Response

Time (seconds)

Am

plit

ude

Page 62: compensadores 2da parte

� La función de transferencia de lazo cerrado de sistema:

� Polos dominantes de lazo cerrado:

� De la ecuación

� La constante de error estático de velocidad es hallada:

� ����� �

����1 � ���� �

10� � 7�� � 10�1 � 10� � 7�� � 10�

� 10� � 7�� � 10� � 10

� � −0.74 ± <1.12

� � −245 ± 45 1 − 2�45 � 1.34'(*/�+&2 � 0.55

� � lim$→� ����� � lim$→� �10

��� � 2��� � 5� �1010 � � 1�+&8�

Page 63: compensadores 2da parte

� De las especificaciones, se determina

� Los parámetros de los sistemas

� Paso 1. A partir de las especificaciones de desempeñoproporcionadas, determinamos la ubicación deseada

2 � 0.5545 � 1.34'(*/�+&� � 1�+&8�2 � 0.545 � 4'(*/�+&� � 50�+&8�

No compensado Compensado

Los polos deseados � � −2 ± <3.46 Dato

� � −245 ± 45 1 − 2�45 � 4'(*/�+&2 � 0.5

� � −2 ± <3.46

Page 64: compensadores 2da parte

� Paso 2.

� Paso 3. Si se especifica la constante de error estático de velocidad� , determine el valor de la constante ��

�� � ��� � 1��� � ���

� � 1��� � 1���

� � lim$→� ��� � � � � lim$→� ���� � 1��� � ���

� � 1��� � 1���

����

El compensadorde atraso adelanto

Page 65: compensadores 2da parte

� El sistema compensado solo con la red de adelanto será:

� Paso 4.Calculo la deficiencia angular requerida � por la parte deadelanto de fase del compensador de atraso adelanto, en el polodeseado

�� � � � � ��� � 1��� � ���

10��� � 2��� � 5� � 50 � � 1��

� � ���10

��� � 2��� � 5�

� � −2 ± <3.46

� lim$→� ���� � 1��� � ���

� � 1��� � 1���

10��� � 2��� � 5�

� � ��1�����

1��1���102�5� � �� 1 � 50

Page 66: compensadores 2da parte

� Calculo la deficiencia angular a partir de la FTLA al polo deseado

� A partir de la ecuación:

� La deficiencia angular:

∠ 10��� � 2��� � 5�@$B8�±D.� � ±180�2E � 1�

−120 − 90 − 49.07 � −259.07� ±180�2E � 1�

� � −259.07 � 180 � 79.07

�� − �G � � � 79.07-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

50.180.360.520.660.780.87

0.94

0.985

0.180.360.520.660.780.87

0.94

0.985

2468

Root Locus

Real Axis

Imag

inar

y A

xis

x

Page 67: compensadores 2da parte

� Determine el polo y cero de la parte en adelanto del compensador correspondiente

� Si la deficiencia angular es:

� Método bisectriz:

� El cero � � −1.42� El polo � � −11.25

����� � ��� � 1��� � ���

�� − �G � � � 79.07

� � 7.92 -15 -10 -5 0-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0.975

0.994

0.250.480.660.80.880.935

0.975

0.994

2468101214

0.250.480.660.80.880.935

Root Locus

Real Axis

Imag

inar

y A

xis

x

ox

Page 68: compensadores 2da parte

� El sistema compensado solo con la red de adelanto

�� � � � � ��� � 1��� � ���

10��� � 2��� � 5�

� 50 � � 1.42� � 11.25

10��� � 2��� � 5�

� 500� � 710� � 18.25� � 88.75�� � 112.50�

Page 69: compensadores 2da parte

� El LGR para el sistema compensado solo con el compensador en adelanto, pasa por el polo deseado (especificaciones de desempeño) Root Locus

Real Axis

Imag

inar

y A

xis

-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

System: sysGain: 179Pole: -1.99 + 3.46iDamping: 0.498Overshoot (%): 16.4Frequency (rad/sec): 4

0.160.340.50.640.760.86

0.94

0.985

0.160.340.50.640.760.86

0.94

0.985

2.557.51012.51517.5

syscomp adel

Page 70: compensadores 2da parte

� Paso 5.Seleccionamos ��( grande) de modo cumpla con las siguientes condiciones:

� Elegimos �� � 10, verificamos las dos condiciones en el polo deseado s � −2 ± <3.46

� Polo: � � 0.1� Cero: � � 0.0123

�� � 1���� � 1���

� 1 5° < ∠ �� � 1���� � 1���

< 0°

Page 71: compensadores 2da parte

� Magnitud

� Angulo

�� � 1���� � 1��� $�B8�±D.�

� � � 0.1� � 0.0123 8�±D.�

≅ 1

∠ −2 � <3.46 � 0.1−2 � <3.46 � 0.0123 � −N()8� 3.46

1.9 �N()8� 3.461.98

−5° < �� �1��

�� � 1���< 0°

� −61.22 � 60.21 � −1.01°

Page 72: compensadores 2da parte

� El compensador tendrá la función de transferencia en lazo abierto

�� � � � � ��� � 1��� � ���

� � 1��� � 1���

4� � � 0.5

� 50 � � 1.42� � 11.25

�� � 0.1��� � 0.0123�

10��� � 2��� � 5�

� 500 �� � 1.52� � 0.14�� � 18.26� � 88.97� � 113.59�� � 1.38�

� 500�� � 760� � 70�� � 18.26� � 88.97� � 113.59�� � 1.38�

Page 73: compensadores 2da parte

� El LGR del sistema compensado es

-5.5 -5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

50.540.68

0.84

0.95

0.090.20.30.420.540.68

0.84

0.95

12345

0.090.20.30.42

Root Locus

Real Axis (seconds -1)

Imag

inar

y A

xis

(se

cond

s-1)

Page 74: compensadores 2da parte

� LGR del sistema no compensado y compensado

-5.5 -5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

50.20.30.420.540.68

0.84

0.95

0.090.20.30.420.540.68

0.84

0.95

12345

0.09

Root Locus

Real Axis (seconds -1)

Imag

inar

y A

xis

(se

cond

s-1)

Page 75: compensadores 2da parte

� La FT de lazo cerrado

�� � � �1 � �� � � � �� 500�� � 760� � 71�� � 18.26� � 88.99� � 613.65�� � 761.46� � 71

Page 76: compensadores 2da parte

� La respuesta a una entrada escalón:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6Step Response

Time (seconds)

Am

plit

ude

Page 77: compensadores 2da parte

� La respuesta ante una entrada rampa:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10Step Response

Time (seconds)

Am

plit

ude

Page 78: compensadores 2da parte

� La respuesta ante una entrada rampa ampliado:

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5Step Response

Time (seconds)

Am

plit

ude

Page 79: compensadores 2da parte

Ejemplo 4.4

� …