Representação no Domínio do Tempo de

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Transcrição da apresentação:

Representação no Domínio do Tempo de Sistemas Lineares e Invariantes no Tempo (SLITs) Resposta Impulsional Definição; Resposta no tempo de um SLIT descrito pela resposta impulsional: soma e integral de convolução; Propriedades dos SLITs e sua relação com a resposta impulsional Sistema com e sem memória; Causalidade; Estabilidade; Resposta ao escalão unitário vs. resposta impulsional. Equações Diferenciais e às Diferenças. Resolução de equações diferenciais e às diferenças; Diagrama de blocos. Modelo de Estado Transformações de semelhança; Diagonalização; Solução da equação de estado; Cálculo da matriz de transição; Resposta impulsional.

Resposta impulsional SLIT … resposta no tempo do SLIT quando a entrada é um impulso unitário impulso unitário discreto resposta impulsional SLIT discreto SLIT impulso unitário de Dirac resposta impulsional SLIT contínuo Exemplo SLIT …

Resposta no tempo SLIT discreto O SLIT é linear O SLIT é invariante no tempo Mas (soma de convolução)

Resposta no tempo Exemplo

Propriedades da soma de convolução Comutativa: Associativa:

Propriedades da soma de convolução SLITs em série A convolução é associativa A convolução é comutativa A convolução é associativa

Propriedades da soma de convolução Distributiva em relação à adição: SLITs em paralelo A convolução é distributiva

Resposta no tempo O integral de convolução é: comutativo; associativo; SLIT contínuo integral de convolução O integral de convolução é: comutativo; associativo; distributivo em relação à adição.

Resposta no tempo Exemplo es e-s

Propriedades dos SLITs 1. Memória Um sistema diz-se sem memória quando a saída num dado instante de tempo depende apenas da entrada nesse instante de tempo. SLIT discreto sem memória futuro da entrada presente da entrada passado da entrada SLIT contínuo sem memória

Propriedades dos SLITs 2. Causalidade Um sistema diz-se causal quando a saída num dado instante de tempo depende apenas da entrada nesse instante de tempo e/ou de instantes anteriores. presente da entrada passado da entrada futuro SLIT discreto causal SLIT contínuo causal

Propriedades dos SLITs 3. Estabilidade Um sistema diz-se estável (de entrada limitada/saída limitada) quando qualquer entrada limitada dá origem a uma saída limitada, i.e., SLIT discreto estável A resposta impulsional de um SLIT discreto estável é uma função absolutamente somável, i.e.

Propriedades dos SLITs SLIT discreto estável Exemplo O SLIT é estável quando |a|<1 porque h(n) é absolutamente somável.

Propriedades dos SLITs 3. Estabilidade A resposta impulsional de um SLIT contínuo estável é uma função absolutamente integrável, i.e. Exemplo O SLIT é estável quando a>0 porque h(t) é absolutamente integrável.

Resposta ao escalão unitário vs. resposta impulsional SLIT discreto Exemplo y(n) n 3 2 -1 -2 -3 1 … y(n-1) 2 1 … h(n) n 3 2 -1 -2 -3 1 …

Resposta ao escalão unitário vs. resposta impulsional SLIT contínuo Exemplo

Equações diferenciais Sistema de 1ª ordem

Resolução de equações diferenciais Sistema contínuo Sinal de entrada: Modelo: Condição inicial:

Resolução de equações diferenciais Solução particular Solução homogénea ? ? ?

? Resolução de equações diferenciais Solução homogénea equação característica

Resolução de equações diferenciais Solução particular

Resolução de equações diferenciais Solução particular

Resolução de equações diferenciais Resposta completa ? Condição inicial + continuidade da solução

Resolução de equações diferenciais Resposta completa devido a y0 devido a x(t) regime transitório regime estacionário

Resolução de equações diferenciais rad/s; ; .

Sistema contínuo de ordem N Condições iniciais: Solução: mesma forma do sinal de entrada Equação característica Propriedades - sistema invariante no tempo e causal Condições iniciais: nulas – sistema linear não nulas – sistema incrementalmente linear

Equações às diferenças Sistema discreto Sistema de 2ª ordem Condições iniciais Cálculo de para : etc

Resolução de equações às diferenças Sistema discreto Sinal de entrada: Modelo: Condição inicial:

Resolução de equações às diferenças Solução particular Solução homogénea ? ? Equação característica:

Resolução de equações às diferenças Solução particular

Resolução de equações às diferenças Resposta completa

Resolução de equações às diferenças

Sistema discreto de ordem N Condições iniciais: Solução: mesma forma do sinal de entrada Equação característica Propriedades - sistema invariante no tempo e causal Condições iniciais: nulas – sistema linear não nulas – sistema incrementalmente linear

Diagrama de blocos

Diagrama de blocos Forma directa I

Diagrama de blocos

Diagrama de blocos Forma directa II

Modelo de Estado Equações de estado: Variáveis de estado Equação de saída

Modelo de Estado Vector de estado: Equações de estado: Equação de saída:

Diagrama de blocos

Diagrama de blocos Forma directa I

Diagrama de blocos Forma directa II

Modelo de Estado Equações de estado: Equação de saída

Modelo de Estado Vector de estado: Equações de estado: Equação de saída:

Contínuo Discreto Modelo de Estado estados, entradas, saídas. Equação de Estado Equação de Saída - matriz da dinâmica - matriz de entrada - matriz de saída constantes Sistema invariante no tempo

Modelo de Estado Vector de estado

Equação diferencial

Equação diferencial

Equação Diferencial vs. Modelo de Estado O modelo de estado de um sistema não é único

Transformação de semelhança Modelo I Modelo II não singular

Transformação de semelhança

Transformação de semelhança

Transformação de semelhança

Transformação de semelhança

Transformação de semelhança

Diagonalização Dada uma matriz da dinâmica A, qual a transformação de coordenadas, T, que conduz a uma matriz da dinâmica diagonal? Que condição deve satisfazer A para que exista uma transformação de coordenadas s(t)= Tz(t) com T não singular, tal que D=T-1AT seja uma matriz diagonal?

Diagonalização A matriz A é diagonalizável sse for de estrutura simples, i.e., os vectores próprios de A são linearmente independentes. Valores próprios: Vectores próprios:

Diagonalização matriz de transformação vectores próprios de coordenadas Diagonalização vectores próprios linearmente independentes

Diagonalização A é de estrutura simples sempre que: os valores próprios de A são todos distintos A é simétrica, i.e., A=AT

Solução da equação de estado Sistema discreto

Solução da equação de estado ?

é de estrutura simples? Cálculo de An A é diagonalizável:

Cálculo de An

Solução da equação de estado

Resposta no tempo do sistema

Resposta no tempo do sistema

Resposta impulsional Sistema inicialmente em repouso:

Solução da equação de estado Sistema contínuo ?

Cálculo de eAt é de estrutura simples A é diagonalizável: com Expansão em série de Taylor de eAt

Solução da equação de estado

Resposta no tempo do sistema

Resposta no tempo do sistema

Resposta impulsional Sistema inicialmente em repouso: