Tranformada de Laplace

Español

Problemas resueltos de modelos dinamicos

Problema A.5.24 pag 323, Ogata

El error en estado estacionario lo obtendremos de la siguiente manera

 

Español

Problema B2.3 pag51 OGATA 4ed(Tranformada de Laplace)

Español
Vamos a calcular las transformadas de Laplace de las funciones siguientes.
a)
Funcion en el tiempo seno coseno
Solucion:
Vamos a cambiar la funcion de la siguiente manera:
Transformacion de la funcion en el tiempo

 

Utilizando las siguiente tranformadas de Laplace.
Transformada de Laplace de la funcion seno

 

Con lo que obtenemos:
Transformada de Laplace de la funcion en el tiempo

 



b)
funcion en el tiempo exponecial  por seno

 

Solucion:
Utilizando las siguiente Tranformadas de Laplace y propiedades de la Transformada de Laplace.
Propiedad de la transformada de Laplace
 
Propiedad de la transformada de Laplace con exponencial
 
Transformada de Laplace de la funcion seno
 
Con lo que obtenemos:

 

Transformada de Laplace de la funcion en el tiempo

 

Vamos a comprobar el resultado con el Scilab.
t=0:0.1:5;

ft=t.*exp(-t).*sin(5*t);

s=%s;
fs=10*(s+1)/((s+1)^2+5^2)^2;

fs2=syslin('c',fs);

fs1=csim('impulse',t,fs2);

subplot(2,1,1);

plot2d(t,ft,2);

xtitle('Enunciado');

xgrid;

subplot(2,1,2);

plot2d(t,fs1,1);

xtitle('Solucion');

xgrid;
Respuesta en el tiempo a un impulso de la transformada de Laplace con Scilab

Problema B2.2 pag51 OGATA 4ed(Tranformada de Laplace)

Español
Vamos a calcular las transformadad de Laplace de las funciones siguientes.

a)

 

\begin{displaymath}f(t)=3\cdot sen(5\cdot t+\frac{\pi}{4})\end{displaymath}


 

Solucion:
Vamos a descomponer la funcion de la siguiente manera:

 

Funcion en el tiempo seno


 

Utilizando las siguientes tranformadas.

 

Descomposicion de la funcion en el tiempo seno


 

 

Transformada de Laplace de una funcion seno


Obtendriamos:

 

Transformada de Laplace de una funcion coseno


 

Vamos a comprobar el resultado con el Scilab.
t=0:0.5:50;

ft=3*sin(5*t+(%pi/4));

s=%s;

fs=3*(5/(s^2+5^2))*cos(%pi/4)+3*(s/(s^2+5^2))*sin(%pi/4);

fs2=syslin('c',fs);

fs1=csim('impulse',t,fs2);

subplot(2,1,1);

plot2d(t,ft,2);

xtitle('Enunciado');

xgrid;

subplot(2,1,2);

plot2d(t,fs1,1);

xtitle('Solucion');

xgrid;

 

Representacion en el tiempo de la tranformada de Laplace para una entrada impulso con Scilab

b)

 

Funcion en el tiempo coseno


 

 

Solucion:
Vamos a descomponer la funcion de la siguiente manera:

 

Descomposicion de la funcion coseno


 

Utilizando las siguientes tranformadas.

 

Transformada de Laplace de un escalon unitario


 

 

Transformada de Laplace de una funcion coseno


 

Obtendriamos:

 

Transformada de Laplace de la funcion


 

Vamos a comprobar el resultado con el Scilab.
t=0:0.5:50;

ft=0.3*ones(size(t,2))-0.3*cos(2*t);

s=%s;

fs=0.3*(1/s)-0.3*(s/(s^2+2^2));

fs2=syslin('c',fs);

fs1=csim('impulse',t,fs2);

subplot(2,1,1);

plot2d(t,ft,2);

xtitle('Enunciado');

xgrid;

subplot(2,1,2);

plot2d(t,fs1,1);

xtitle('Solucion');

xgrid;
Representacion en el tiempo de la tranformada de Laplace para una entrada impulso con Scilab

 

Problema A2.16 pag49 OGATA 4ed(Tranformada de Laplace)

Español

Dados los polos,ceros y ganancia vamos a calcular la funcion de tranferencia mediante Scilab en los siguientes casos:

a)Ganancia K=10,polos en -1+2j y -1-2j.

 

Programa en Scilab

num=10;

den=poly([-1-2*%i -1+2*%i],'s');

g=syslin('c',num/den)

Solucion:

 g  =
 
                
       10       
   -----------  
             2  
   5 + 2s + s

b)Ganancia 10. Cero en 0. Polos en -1+2j y -1-2j.

Programa en Scilab

num=10*poly(0,'s');

den=poly([-1-2*%i -1+2*%i],'s');

g=syslin('c',num/den)

Solucion:

g  =
 
                
      10s       
   -----------  
             2  
   5 + 2s + s

c)Ganancia 12. Cero en -1. Polos en -2, -4 y -8.

Programa en Scilab

num=12*poly(-1,'s');

den=poly([-2 -4 -8],'s');

g=syslin('c',num/den)

Solucion:

g  =
 
         12 + 12s        
    ------------------   
                  2   3  
    64 + 56s + 14s + s

Ejemplo 2.10 pag46 OGATA 4ed(Tranformada de Laplace)

Español

Image A2-10

Vamos ha hacerlo diferente al libro, pero dando el mismo resultado.La funcion en el tiempo es de la siguiente manera ya que tiene periodo T.
 

funcion respecto al tiempo

 

 

Con lo que la Transformada de Laplace de la funcion nos quedaria:
 

Transformada de Laplace

 

 

Como hemos visto en el ejercidio A2.9: 

Sumatorio

 

 

Es decir la ecuacion anterior quedaria de la siguiente forma: 

Transformada de Laplace

 

 

Ejemplo 2.7b pag39 OGATA 4edicion(Tranformada de Laplace)

Español

Vamos a calcular los polo,los ceros y la ganancia mediante Scilab la siguiente funcion de tranferencia:

 

Funcion de tranferencia de Laplace

 

Programa en Scilab

s=%s

num=4*s^2+16*s+12;

den=(s)^4+12*s^3+44*s^2+48*s;

g=syslin('c',num/den);

[n d k]=factors(g)



Solucion:

 k  =
 
    4.  
 d  =
 
 
       d(1)
 
    s   
 
       d(2)
 
    2 + s   
 
       d(3)
 
    4 + s   
 
       d(4)
 
    6 + s   
 n  =
 
 
       n(1)
 
    1 + s   
 
       n(2)
 
    3 + s

 

Ejemplo 2.7a pag38 OGATA 4edicion(Tranformada de Laplace)

Español
Vamos a desarrollar en fracciones simples mediante Scilab la siguiente funcion de tranferencia:

Funcion de transferencia de Laplace


Programa en Scilab

s=%s

num=s^2+2*s+3;

den=(s+1)^3;

g=syslin('c',num/den);

gf=tf2ss(g);

se=pfss(gf)


Solucion:

 se  =
 
 
       se(1)
 
                2     
      3 + 2s + s      
    --------------    
               2   3  
    1 + 3s + 3s + s

Como vemos no nos ha solucionado nada debido al polo multiple, por lo que lo resolveremos como lo hacemos normalmente pero utilizando Scilab. Es decir solucionaremos las siguienter ecuaciones, para obtener los coeficientes:

 

Derivada segunda de la funcion de tranferencia


 

Derivada primera de la funcion de tranferencia


 

fraccion simple


 

La descomposicion en fracciones simples nos quedaria:

 

Desarrollo en fracciones simples


 

Esta ecuacion la programaremos con Scilab de la siguiente manera:

 

Programa en Scilab

s=%s

num=s^2+2*s+3;

den=(s+1)^3;

g=syslin('c',num/den);

rd=roots(den);

[n d k]=factors(g);

a(3)=horner(g*d(1)^3,rd(1))/2;

a(2)=horner(derivat(g*d(1)^3),rd(1));

a(1)=horner(derivat(derivat(g*d(1)^3)),rd(1))
 
 Solucion de los coeficientes:

 a  =
 
    2.  
    0   
    1.

 

El desarrollo en fracciones simples quedaria:

 

Descomponsicion en fracciones simples


 

 

Ejemplo 2.6 pag37 OGATA 4edicion(Tranformada de Laplace)

Español

Vamos a desarrollar en fracciones simples mediante Scilab la siguiente funcion de tranferencia:

Funcion de transferencia de Laplace

 

Programa en Scilab

s=%s;
 
num=2*s^3+5*s^2+3*s+6;
 
den=s^3+6*s^2+11*s+6;
 
g=syslin('c',num/den);
 
gf=tf2ss(g);
 
se=pfss(gf)


Solucion:

se  =
 
 
       se(1)
 
    - 6     
    -----   
    3 + s   
 
       se(2)
 
      3     
    -----   
    1 + s   
 
       se(3)
 
    - 4     
    -----   
    2 + s   
 
       se(4)
 
    2.

La descomposicion en fracciones simples nos quedaria:

Descomposicion en fracciones simples
 

Si se quiere volver a la ecuacion del comienzo se utilizara estas lineas de codigo a mayores en el Scilab, la g2 final es el valor que nos vale:

 
g2=0;

for k=1:size(se),

g2=g2+se(k),

end;

 

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