Análisis Matemático de Sistemas Lineales

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Questions and Answers

¿Cuál de las siguientes propiedades de la transformada de Laplace se utiliza para simplificar el análisis de sistemas lineales invariantes en el tiempo?

  • La transformada del producto de una constante por una función. (correct)
  • La transformada de la derivada enésima de una función.
  • La transformada del impulso unidad.
  • La transformada de la integral de una función.

En un sistema de control en lazo cerrado, ¿cuál es la función principal del elemento de medida?

  • Medir la variable controlada. (correct)
  • Comparar la variable controlada con el punto de consigna.
  • Actuar sobre el elemento final de control para modificar el proceso.
  • Procesar la señal de error para generar la variable regulada.

En un sistema de control, ¿qué componente es responsable de comparar la variable controlada con el punto de consigna?

  • El regulador.
  • El elemento final de control.
  • El comparador. (correct)
  • El elemento de medida.

Si la transformada de Laplace de una función f(t) es F(s), ¿cuál es la transformada de Laplace de la integral de f(t)?

<p>$F(s) / s$ (C)</p> Signup and view all the answers

¿Qué rol desempeña el regulador en un sistema de control en lazo cerrado?

<p>Procesar la señal de error para modificar la variable manipulada. (B)</p> Signup and view all the answers

¿Qué tipo de ecuación es más adecuada para describir la velocidad instantánea de un móvil en un punto específico de su trayectoria?

<p>Una ecuación diferencial que describe la relación entre la velocidad y el tiempo en un intervalo infinitesimal. (A)</p> Signup and view all the answers

¿Cuál es la Transformada de Laplace de la función rampa $f(t) = t$?

<p>$F(s) = 1/s^2$ (C)</p> Signup and view all the answers

¿Cuál de las siguientes opciones representa mejor por qué se utilizan ecuaciones diferenciales para modelar procesos físicos?

<p>Porque las ecuaciones diferenciales describen las relaciones entre variables en un instante específico. (B)</p> Signup and view all the answers

Si la Transformada de Laplace de $f(t)$ es $F(s) = -1/s$, ¿qué tipo de función es probablemente $f(t)$?

<p>Una función escalón unitario. (B)</p> Signup and view all the answers

Dada una función $f(t) = e^{-at}$, ¿cuál es su Transformada de Laplace $F(s)$?

<p>$F(s) = 1/(s+a)$ (A)</p> Signup and view all the answers

¿Qué representa la función de transferencia G(s) en el contexto de sistemas dinámicos lineales e invariantes en el tiempo (LTI)?

<p>La relación entre la transformada de Laplace de la señal de salida y la transformada de Laplace de la señal de entrada. (A)</p> Signup and view all the answers

En el análisis del régimen transitorio de un sistema, ¿qué característica NO se evalúa típicamente?

<p>La ganancia estática del sistema. (C)</p> Signup and view all the answers

Considerando la función de transferencia $G(s) = \frac{c}{as + b}$, ¿qué representa 's' en esta ecuación?

<p>La variable compleja de Laplace. (D)</p> Signup and view all the answers

Al analizar la respuesta frecuencial de un sistema, ¿qué tipo de señales se aplican a la entrada?

<p>Señales senoidales de distintas frecuencias. (C)</p> Signup and view all the answers

¿Cuál es el propósito principal de analizar tanto el régimen transitorio como la respuesta frecuencial de un sistema?

<p>Determinar la estabilidad y el rendimiento del sistema. (D)</p> Signup and view all the answers

¿Qué representa la constante de tiempo en el contexto de la evacuación de calor de un horno?

<p>La tasa a la cual la temperatura del horno alcanza el equilibrio térmico con el ambiente. (A)</p> Signup and view all the answers

¿Cómo afecta un aumento en la capacidad térmica (C) de un horno a su respuesta térmica, asumiendo que la resistencia térmica (R) permanece constante?

<p>Reduce la velocidad de calentamiento y enfriamiento del horno. (B)</p> Signup and view all the answers

¿Qué representa la función de transferencia en el contexto de un motor de corriente continua?

<p>La relación entre la señal de entrada y la respuesta del sistema en el dominio de Laplace. (C)</p> Signup and view all the answers

En un motor de corriente continua, ¿cómo influye un aumento en el coeficiente de autoinducción (L) del inducido en la respuesta del motor?

<p>Aumenta el tiempo de respuesta del motor a los cambios en la carga. (A)</p> Signup and view all the answers

Considerando un motor de corriente continua con una carga elevada acoplada a su eje, ¿cómo afecta esta carga a la función de transferencia del sistema?

<p>Aumenta la ganancia estática del sistema y reduce la estabilidad. (B)</p> Signup and view all the answers

¿Qué parámetros se obtienen directamente de la curva de respuesta de un proceso, según el texto?

<p>El tiempo no amortiguado (Tu) , tiempo de establecimiento (Tg). (C)</p> Signup and view all the answers

En la práctica, ¿cómo se aproxima la respuesta de muchos procesos industriales al escalón, aunque su orden real sea superior?

<p>Como un sistema de segundo orden. (C)</p> Signup and view all the answers

Si un proceso tiene una relación $T_i/T_u$ de 2.03, ¿cuál es el valor aproximado de $T/t$ que se puede esperar, según la tabla proporcionada?

<p>5.70 (A)</p> Signup and view all the answers

Según la tabla proporcionada, ¿qué indica un valor decreciente de $T_i/T_u$ en relación con el orden del sistema (n)?

<p>El orden del sistema aumenta. (C)</p> Signup and view all the answers

Si se observa que la relación $T/t$ de un proceso es de 4.30, ¿cuál es el valor aproximado de la relación $T_i/T_u$ y el orden (n) del sistema, según la tabla?

<p>$T_i/T_u \approx 1.56$, $n = 8$ (B)</p> Signup and view all the answers

Cul es la funcin de transferencia del sistema realimentado, considerando un elemento de medicin proporcional con una tensin de 5mv/C y un controlador proporcional con una ganancia de 8?

<p>$ rac{280}{(1+10s)(1+3s) + 1.4}$ (A)</p> Signup and view all the answers

En el contexto del sistema de control de temperatura, cmo se relaciona la pulsacin natural ($\omega_n$) con los parmetros del sistema?

<p>$\omega_n = \sqrt{8 \cdot 10^{-2}}$ (B)</p> Signup and view all the answers

Cmo se calcula el coeficiente de amortiguamiento ($\zeta$) a partir de la funcin de transferencia dada?

<p>$\zeta = \frac{0.4}{2 \sqrt{8 \cdot 10^{-2}}}$ (B)</p> Signup and view all the answers

Si se aplica una entrada de consigna de 4V, cmo vara la temperatura $T_e$ en el sistema?

<p>La temperatura $T_e$ se estabiliza en un valor proporcional a la ganancia del sistema y la entrada aplicada. (C)</p> Signup and view all the answers

Cul de las siguientes expresiones representa la ganancia esttica del sistema?

<p>$\frac{280}{1.4}$ (C)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Transformada de una constante

La transformada de K · f(t) es K · F(s).

Transformada de la derivada

La transformada de la derivada n-ésima es s^n · F(s).

Transformada de la integral

La transformada de la integral de f(t) es 1/s · F(s).

Transformada del impulso unitario

La transformada del impulso unitario es F(s) = 1.

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Transformada del escalón unitario

La transformada del escalón unitario se expresa en términos de s.

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Ecuaciones diferenciales

Relaciones matemáticas que describen fenómenos en función del tiempo.

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Movimiento rectilíneo

Desplazamiento a lo largo de una línea recta en el espacio.

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Escalón de entrada

Es una señal que representa un cambio instantáneo en el valor de una función.

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Velocidad media

Relación entre el desplazamiento y el tiempo durante un tramo.

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Respuesta transitoria

Es la respuesta temporal de un sistema antes de estabilizarse en su estado final.

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Velocidad instantánea

Velocidad del objeto en un punto específico en el tiempo.

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Transformada de funciones

Método para convertir funciones del tiempo en el dominio de la frecuencia.

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Sobrepasamiento

Es el fenómeno en el que la respuesta de un sistema supera su valor final deseado.

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Régimen permanente

Es el comportamiento estable del sistema después de que las condiciones iniciales han desaparecido.

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Función de transferencia

Relación matemática entre la entrada y la salida de un sistema en el dominio de Laplace.

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Capacidad térmica del horno

Es la propiedad que determina cuánto calor puede almacenar el horno.

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Aporte de energía q11

Es la cantidad de energía que incrementa la temperatura del horno durante un intervalo.

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Ecuación de temperatura (dT)

Relación entre el aumento de temperatura y los parámetros del sistema del horno.

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Transformada de Laplace en sistemas

Método matemático para analizar sistemas en términos de frecuencia.

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Parámetros del motor de corriente continua

Incluyen resistencia (R) y coeficiente de autoinducción (L) del motor.

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Comportamiento proporcional

Un sistema que mantiene una respuesta constante proporcional a la entrada aplicada.

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Ganancia del controlador

El factor por el cual se escala la señal de control en un sistema proporcional.

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Pulsación natural

Frecuencia a la que un sistema oscila libremente.

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Coeficiente de amortiguamiento

Medida de cuánto se reduce la oscilación en un sistema al aplicarle una fuerza.

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Curva de respuesta

Gráfica que representa cómo un sistema responde a un escalón de entrada.

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Grado de un proceso

Indica la estabilidad y tipo de reacción de un sistema ante entradas.

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Tiempo de subida (Tu)

Tiempo que tarda la salida de un sistema en alcanzar un cierto porcentaje de su valor final.

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Constante de tiempo (Tg)

Tiempo requerido para que la salida del sistema alcance el 63.2% de su valor final tras un escalón.

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Proceso de segundo orden

Un sistema que tiene dos energías almacenadas y presenta un comportamiento oscilatorio tras el escalón.

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Study Notes

Introducción

  • Un paso previo al diseño de controladores es el análisis del comportamiento temporal de los procesos.
  • Este capítulo explora el análisis matemático de sistemas lineales, usando ecuaciones diferenciales y la Transformada de Laplace.
  • Se centra en sistemas de primer y segundo orden, destacando la curva de respuesta temporal.
  • El análisis requiere conocimientos matemáticos avanzados, por lo que se incluyen ejemplos de sistemas reales para ilustrar los conceptos.

Contenido

  • Se dividen los temas en secciones específicas como Introducción, Sistemas de primer orden, Ejemplos de sistemas de primer orden, Sistemas de segundo orden, Otros tipos de sistemas, Ejercicios resueltos, Resumen de comandos CC, y actividades.

Objetivos

  • Identificar sistemas lineales a través de su respuesta temporal.
  • Calcular la función de transferencia de sistemas reales para predecir su comportamiento.

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