linealizacion

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Linealizacion

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  • 1Ing. Gabriela Ortiz L. 1

    Aproximaciones lineales de Sistemas Fsicos

    Sistema Lineal: Se define en trminos de su excitacin y

    respuesta

    Un sistema lineal satisface las propiedades de: Superposicin Homogeneidad

    Ing. Gabriela Ortiz L. 2

    Aproximaciones lineales de Sistemas Fsicos

    Sistemas No Lineales Ejemplos y = x2

    y = mx+b

    No satisface la propiedad de superposicin

    No cumple principio de homogeneidad

    Ing. Gabriela Ortiz L. 3

    Aproximacin Lineal de Sistemas Matemticos No Lineales

    Mtodo Series de Taylor para obtener aproximacin

    Considerando un sistema dinmico donde:x(t): excitaciny(t) : respuesta

    Las variables se relacionan por y(t)=f(x(t))

    Punto de operacin normalx0, y0

    Ing. Gabriela Ortiz L. 4

    Aproximacin Lineal de Sistemas Matemticos No Lineales

    Considerando que en el rango de inters la funcin es continua, por tanto puede emplearse una expansin en Serie de Taylor en el punto de operacin x0:

    Si la variacin (x-x0) es pequea, es posible no considerar los trminos de orden superior de (x-x0)

    ...)(!2

    1)()()( 202

    2

    00

    00

    +++===

    =

    xxdx

    fdxx

    dx

    dfxfxfy

    xxxx

  • 2Ing. Gabriela Ortiz L. 5

    Aproximacin Lineal de Sistemas Matemticos No Lineales

    Adems la pendiente en el punto de operacin est dada por:

    Entonces la expansin se reduce a:0xx

    dx

    dfk

    =

    =

    )( 00 xxkyy +=Ing. Gabriela Ortiz L. 6

    Aproximacin Lineal de Sistemas Matemticos No Lineales

    Aproximacin lineal cerca del punto de operacin se puede representar como:

    Una aproximacin lineal es exacta si es aplicable la hiptesis de pequea seal.

    )( 00 xxkyy =

    Ing. Gabriela Ortiz L. 7

    Sistema No Lineal cuya salida es funcin de 2 entradas

    Considere y=f(x1,x2) donde x1 y x2 son entradas

    Punto de operacin normal x10, x20

    Sistema yx2

    x1

    Ing. Gabriela Ortiz L. 8

    Sistema No Lineal cuya salida es funcin de 2 entradas

    Expansin en series de Taylor alrededor del punto de operacin normal

    K+

    +

    +

    +

    +

    +

    +=

    =

    =

    =

    =

    =

    =

    =

    =

    =

    =

    22022

    2

    2

    202101

    21

    22

    10121

    2

    202

    2

    101

    1

    2010

    )())((2)(!2

    1

    )()(),(

    202

    101

    202

    101

    202

    101

    202

    101

    202

    101

    xxx

    fxxxx

    xx

    fxx

    x

    f

    xxx

    fxx

    x

    fxxfy

    xx

    xx

    xx

    xx

    xx

    xx

    xx

    xx

    xx

    xx

  • 3Ing. Gabriela Ortiz L. 9

    Sistema No Lineal cuya salida es funcin de 2 entradas

    Trabajando cerca del punto de operacin:

    Donde

    )()( 202210110 xxkxxkyy +=

    202

    101

    202

    101

    2

    2

    1

    1

    xx

    xx

    xx

    xx

    x

    fk

    x

    fk

    =

    =

    =

    =

    =

    =

    Ing. Gabriela Ortiz L. 10

    Linealizacin utilizando ecuaciones de estado

    Un sistema con p-entradas y n-variables de estado se representa por:

    Donde

    )](),([)(

    ttfdt

    tdrx

    x=

    nx1defuncinvectorrx =)](),([ ttf

    nx1deestadodevectorx =)(t

    px1entradadevectorr =)(t

    Ing. Gabriela Ortiz L. 11

    Linealizacin utilizando ecuaciones de estado Trayectoria de operacin

    x0(t) :entrada nominal r0(t) : estados iniciales

    Expansin de la serie de Taylor alrededor de x0(t) y despreciando los trminos de orden superior

    =

    =

    +

    +

    +=

    p

    jjj

    rxj

    i

    n

    jjj

    rxj

    ii

    rrr

    f

    xxx

    ffix

    10

    ,

    10

    ,

    00

    )(),(

    )(),(

    ),(

    00

    00

    rx

    rxrx&

    Donde i=1,2,n Ing. Gabriela Ortiz L. 12

    Linealizacin utilizando ecuaciones de estado

    Hacemos

    0

    0

    0

    000 ),(

    jjj

    jjj

    iii

    i

    rrr

    xxx

    xxx

    fx

    ==

    ==

    &&&

    & rx

  • 4Ing. Gabriela Ortiz L. 13

    Linealizacin utilizando ecuaciones de estado

    La ecuacin se describe entonces como:

    Matricialmente

    ==

    +

    =p

    jj

    rxj

    in

    jj

    rxj

    ii r

    r

    fx

    x

    fx

    1,

    1, 0000

    ),(),( rxrx&

    rBxAx += &

    Ing. Gabriela Ortiz L. 14

    Linealizacin utilizando ecuaciones de estado

    Donde

    =

    n

    nnn

    n

    n

    x

    f

    x

    f

    x

    f

    x

    f

    x

    f

    x

    f

    x

    f

    x

    f

    x

    f

    L

    MLMM

    L

    L

    21

    2

    2

    2

    1

    2

    1

    2

    1

    1

    1

    A

    =

    p

    nnn

    p

    p

    r

    f

    r

    f

    r

    f

    r

    f

    r

    f

    r

    f

    r

    f

    r

    f

    r

    f

    L

    MLMM

    L

    L

    21

    2

    2

    2

    1

    2

    1

    2

    1

    1

    1

    B

    Ing. Gabriela Ortiz L. 15

    Referencias

    [1] Kuo, Benjamn C. Sistemas de Control Automtico. Prentice Hall, 7 edicin, 1996, Mxico.

    [2] Ogata, Katsuhiko. Ingeniera de Control Moderna. Prentice Hall, 4 Edicin, 2003, Mxico