sabato 3 novembre 2012

Sistemi di primo ordine

Sistemi di primo ordine

La forma generale di un sistema di primo ordine nel tempo è la seguente
con la variabile x(t) è rappresentato lo stato del sistema, con u(t) è rappresentato l'ingresso del sistema.
Nel dominio s di Laplace il comportamento di sistema dipende dal valore degli zeri e dei poli.

Trasformando l'equazione generale dal dominio del tempo a s otteniamo
Equazione dei sistemi di primo ordine nel dominio di Laplace

andiamo quindi a cercare la funzione di trasferimento G(s) di questo sistema, per trovare la funzione di trasferimento del sistema si suppone che nell'istante iniziale lo stato valga 0
Equazione della variabile di stato di un sistema di primo ordine nel dominio di Laplace
L'uscita risulterà quindi
Equazione della variabile di uscita di un sistema di primo ordine nel dominio di Laplace
e pertanto la funzione di trasferimento del sistema è:
Funzione di trasferimento di un sistema di primo ordine
Osservando la funzione di trasferimento si può affermare che il sistema è proprio poiché il grado relativo della funzione di trasferimento è 0. Questo sistema può diventare strettamente proprio se il coefficiente d è nullo quindi l'uscita del sistema non dipende dallo stato.
Il polo di questo sistema vale "a" quindi a=p.

Risposta al gradino unitario
Risposta al gradino unitario di un sistema di primo ordine
A questo punto si antitrasforma l'uscita
Antitrasformata dell'uscita di un sistema di primo ordine
Il primo termine rappresenta un gradino di ampiezza K, il secondo un'esponenziale che parte da H.
Si nota che per:
  • a>0 l'esponenziale tende all'infinito e il sistema è instabile
  • a<0 l'esponenziale tende a 0 e il sistema è stabile
Il valore del polo ricordando che p=a determina la velocità di risposta del sistema, per a<<0 il sistema tende velocemente all'equilibrio.

La costante di tempo di un sistema è il tempo che il sistema stabile impiegherebbe per raggiungere l'equilibrio se la sua risposta continuasse con la pendenza iniziale.
Ricordando che la costante di tempo del sistema è 
Costante di tempo di un sistema di primo ordine
Sapendo che a=p allora

Costante di tempo di un sistema di primo ordine

Quindi l'equazione di uscita del sistema può anche essere scritta
  • in s:
Equazione di uscita di un sistema di primo ordine con la costante di tempo esplicitata nel dominio di Laplace

  • in t:
Equazione di uscita di un sistema di primo ordine con la costante di tempo esplicitata nel dominio del tempo

Il guadagno in continua vale
Guadagno in continua di un sistema di primo ordine
Continuando a osservare l'equazione di uscita nel tempo del sistema
Uscita di un sistema di primo ordine nel tempo
Posso ottenere che |K|=|H| se d è nullo. Quindi
Uscita di un sistema di primo ordine nel tempo
Grafici della risposta nel tempo con:
  • a,b concordi e a<0
Grafico uscita di un sistema di primo ordine
  • a,b discordi e a<0 
Grafico uscita di un sistema di primo ordine

Nel cado in cui d non sia nullo allora nell'istante 0 ho una brusca variazione dell'uscita
Grafico uscita di un sistema di primo ordine

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3 commenti:

  1. Correggi gli errori così possostudiare stassera :)

    RispondiElimina
  2. C'è un errore che correggerò al più presto, quando antitrasformo l'uscita del sistema scrivo che y(t)=K+He^(-at) mentre l'esponenziale non vuole il meno.
    Un altro quando dico "Osservando la funzione di trasferimento si può affermare che il sistema è proprio poiché il grado relativo della funzione di trasferimento è 0. Questo sistema può diventare strettamente proprio se il coefficiente d è nullo quindi l'uscita del sistema non dipende dallo stato.", è errato dire che non dipende dallo stato ma invece ponendo nullo il coefficiente d l'uscita non dipende dall'ingresso.

    RispondiElimina

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