B.3.10 Considere el sistema descrito mediante:
Obtenga la función de transferencia del sistema.
Para resolver esto tenemos la siguiente teoría obtenida del libro "Sistemas de Control Moderno" de Richard C. Dorf:
"y" es la única entrada y "u" la única salida y sus transformadas de Laplace son:
en donde B es la matriz de nx1, ya que u es una sola entrada. No se incluyen condiciones iniciales, porque se busca la función de transferencia. Y reordenando la ecuación se obtiene:
Como
tenemos:
Y ahora sustituimos X(s) en la ecuacion Y(s) y tenemos:
Entonces la funcion de transferencia:
es:
Ahora si estamos listos para resolver el problema planteado:
Tenemos que obtener la función de transferencia
Entonces lo primero que hice es obtener la matriz Identidad multiplicada por s:
Después le resto la A:
Ahora obtenemos Phi(s):
Para obtener la matriz inversa se sigue la formula:
Entonces:
que es igual a:
y simplificamos la parte de abajo de la fracción:
Entonces ahora tenemos Phi(s)
El siguiente paso es obtener :
Sustituimos:
Lo siguiente es multiplicar las matrices, con esto obtendremos una sola matriz de 2x1:
Entonces nuestra X(s) queda:
Ahora nuestra C es igual a la y que nos da el problema por las formulas ya vistas antes entonces tenemos que la C es:
Y la manera de obtener la función de transferencia G(s) es:
Sustituimos valores:
Como podemos ver fácilmente la multiplicación de matrices será "s" , entonces tenemos:
La función de transferencia final es:
Y ahora si ya para terminar y por no quedarme con la duda me puse a investigar como podría hacer esto en octave, y encontré una función que se llama "ss2tf" en octave que lo que hace es que a partir de la variable de estados obtenemos la función de transferencia. Para esto lo primero que hay que hacer es instalar el paquete "
signal" lo descargamos de la página oficial de octave, sin embargo al querer instalar este nos damos cuenta que tiene dependencias a otros paquetes que aun no están instalados:
Entonces igual descargo uno a uno los paquetes y instale primero el paquete "image" sin problemas, después el "specfun" también sin problemas y por último el "optim" con este si tuve que instalar otra vez otras dependencias:
También las descargo de la página de octave, y ahora si instalo "optim" y el paquete "signal" porfin.
Ahora en octave cargamos el paquete con "pkg load signal" y les dejo una captura con la solución de mi problema, primero cargamos las matrices de estado:
Y ahora resuelve y obtenemos el mismo resultado que encontramos a mano:
Referencias
Dorf, Richard C., and Robert H. Bishop. Sistemas de control moderno. 10th ed.
Matriz inversa