Respuesta de un sistema a un cambio desde un estado de equilibrio
La oscilación amortiguada es una respuesta transitoria típica, donde el valor de salida oscila hasta alcanzar finalmente un valor de estado estable.
En ingeniería eléctrica e ingeniería mecánica , una respuesta transitoria es la respuesta de un sistema a un cambio desde un equilibrio o un estado estable . La respuesta transitoria no está necesariamente ligada a eventos abruptos sino a cualquier evento que afecte el equilibrio del sistema. La respuesta al impulso y la respuesta al escalón son respuestas transitorias a una entrada específica (un impulso y un escalón, respectivamente).
En ingeniería eléctrica, en particular, la respuesta transitoria es la respuesta temporal del circuito que desaparecerá con el tiempo. [1] Le sigue la respuesta de estado estable, que es el comportamiento del circuito mucho tiempo después de que se aplica una excitación externa. [1]
Mojadura
La respuesta se puede clasificar como uno de tres tipos de amortiguación que describe la salida en relación con la respuesta de estado estable .
Amortiguación insuficiente
Una respuesta subamortiguada es aquella que oscila dentro de una envolvente decreciente . Cuanto más subamortiguado esté el sistema, más oscilaciones habrá y más tiempo tardará en alcanzar el estado estable. En este caso, el coeficiente de amortiguamiento es siempre inferior a uno.
Críticamente amortiguado
Una respuesta críticamente amortiguada es la respuesta que alcanza el valor de estado estable más rápidamente sin estar subamortiguada. Está relacionada con los puntos críticos en el sentido de que se encuentra en el límite entre las respuestas subamortiguadas y sobreamortiguadas . En este caso, el coeficiente de amortiguamiento siempre es igual a uno. En el caso ideal, no debería haber oscilaciones en torno al valor de estado estable.
Sobreamortiguado
Una respuesta sobreamortiguada es aquella que no oscila alrededor del valor de estado estable, sino que tarda más en alcanzar el estado estable que el caso críticamente amortiguado. En este caso, el coeficiente de amortiguamiento es mayor que uno.
Propiedades
Propiedades típicas de sistemas transitorios de segundo orden
La respuesta transitoria se puede cuantificar con las siguientes propiedades.
Tiempo de subida
El tiempo de subida se refiere al tiempo que tarda una señal en cambiar de un valor bajo especificado a un valor alto especificado. Normalmente, estos valores son el 10 % y el 90 % de la altura del paso.
Excederse
El sobreimpulso se produce cuando una señal o función excede su objetivo. A menudo se asocia con un zumbido .
Tiempo de asentamiento
El tiempo de establecimiento es el tiempo transcurrido desde la aplicación de una entrada escalonada instantánea ideal hasta el momento en el que la salida ha entrado y permanecido dentro de una banda de error especificada, [2] el tiempo después del cual se satisface la siguiente igualdad:
donde es el valor de estado estable y define el ancho de la banda de error.
Tiempo de retardo
El tiempo de retardo es el tiempo necesario para que la respuesta llegue inicialmente a la mitad del valor final. [3]
Hora pico
El tiempo pico es el tiempo necesario para que la respuesta alcance el primer pico del sobreimpulso. [3]
El error de estado estable es la diferencia entre el resultado final deseado y el real cuando el sistema alcanza un estado estable , cuando se puede esperar que su comportamiento continúe si el sistema no se ve perturbado. [4]
Oscilación
La oscilación es un efecto provocado por un estímulo transitorio en un circuito o sistema subamortiguado. Es un evento transitorio que precede al estado estable final después de un cambio repentino de un circuito [5] o de su puesta en marcha. Matemáticamente, se puede modelar como un oscilador armónico amortiguado .
El equilibrio de voltios-segundos del inductor y el equilibrio de amperios-segundos del capacitor se ven alterados por transitorios. Estos equilibrios encapsulan las simplificaciones del análisis de circuitos utilizadas para circuitos de CA de estado estable. [6]
Un ejemplo de oscilación transitoria se puede encontrar en las señales digitales (pulsos) de las redes informáticas. [7] Cada pulso produce dos oscilaciones transitorias, una oscilación resultante del aumento repentino de la tensión y otra oscilación resultante de la caída repentina de la tensión. Esto se considera generalmente un efecto indeseable, ya que introduce variaciones en los voltajes altos y bajos de una señal, lo que provoca inestabilidad.
En las pruebas de compatibilidad electromagnética , se aplican transitorios deliberadamente a equipos electrónicos para probar su rendimiento y resistencia a las interferencias transitorias. Muchas de estas pruebas aplican la oscilación transitoria rápida inducida directamente, en forma de una onda sinusoidal amortiguada , en lugar de intentar reproducir la fuente original. Las normas internacionales definen la magnitud y los métodos utilizados para aplicarlas.
La norma europea para las pruebas de transitorios eléctricos rápidos (EFT) es EN-61000-4-4 . El equivalente estadounidense es IEEE C37.90. Ambas normas son similares. La norma elegida se basa en el mercado al que se dirige.
