Procedimientos en el dominio de la frecuencia complejas Procedimientos en el dominio del tiempo

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1 EOÍ DE ONOL em. Form de repreetció del modelo mtemático Itrodcció El modelo mtemático de item fíico e ecció diferecil, e el co imple de eccioe diferecile liele erá ecció diferecil ordiri ivrite e el tiempo, c epreió geerl e pede ecriir como: m m d d d d d m m dt dt dt dt dt d dt m Eite diver form de repreetr e ecció diferecil, e implemete co omecltr diferete, por ejemplo tilizdo el operdor mtemático : m m D D D D D D O tilizdo pto pr repreetr l derivd: m ero tmié eite otr form de repreetr l eccioe diferecile c crcterític fcilit etdio jo ciert codicioe, vmo ver cotició do de et form de repreetció: l fció de trfereci l repreetció e epcio de etdo. diciolmete co el derrollo de lo item de cotrol medite comptdor e h derrolldo l repreetció de lo modelo mtemático de form dicret Se tiliz l repreetció de modelo mtemático medite fcioe de trfereci e l deomid teorí de cotrol cláic mietr qe e repreet lo modelo mtemático medite eccioe e epcio de etdo e l deomid teorí de cotrol moder. L teorí de cotrol moder rge prtir de lo ño 6 pr permitir el cotrol de item cd vez má complejo, co múltiple etrd lid, co reqiito de fciomieto cd vez má evero. S derrollo plicilidd e h ido crecetdo co el o de l comptdor perole. L difereci etre l teorí de cotrol moder l teorí de cotrol cláic o l igiete: eorí de cotrol cláic eorí de cotrol moder Sitem liele Sitem liele o liele Sitem ivrite e el tiempo (LI) rile o ivrile e el tiempo U ol etrd lid (SISO) últiple etrd lid (IO) rocedimieto e el domiio de l frececi complej rocedimieto e el domiio del tiempo diciolmete co el derrollo de lo item de cotrol medite comptdor e h derrolldo l repreetció de lo modelo mtemático de form dicret, eto modelo dicreto tmié e pede repreetr e form de eccioe, fcioe de trfereci dicret o repreetció etdo dicret. Se iclirá e ete tem prte completo l repreetció de item e form dicret. epreetció de modelo mtemático co l Fció de rfereci Et repreetció e cooce tmié co el omre de repreetció eter, pe o coider vrile iter l item. L fcioe de trfereci o fcioe qe permite crcterizr l relcioe etrd lid de compoete o item qe pede decriire por eccioe diferecile liele, ivrite e el tiempo. Et e defie como l relció etre l trformd de Lplce (L) de l lid (fció repet) l trformd de Lplce de l etrd (fció ecitció), jo l poició de qe tod l codicioe iicile o cero. Llid Fció de trfereci: G Letrd I m m

2 eorí de otrol r l ecció diferecil teriormete preetd e l etrd e e l lid, e ete co l fció de trfereci e otiee tomdo l trformd de Lplce de mo miemro e form idepediete, co l poició de qe tod l codicioe iicile o cero e otiee: G Y X m m m Utilizdo ete cocepto de fció de trfereci e pede repreetr l diámic de item por eccioe lgeric e. Si l poteci má lt de e el deomidor e e dice qe el item e de orde. m Ejemplo : r el item mecáico motrdo e l figr e tiee l ecció diferecil: D D K F L trformd de Lplce de cd miemro de l ecció e: X X KX F Dode: rformd de l lid: X Lt rformd de l etrd: F LF t L fció de trfereci de ete item erá: G X F K Et fció de trfereci epre l lid como fció de l etrd: X K G F F K F ometrio ore l fció de trfereci. L fció de trfereci e e efecto modelo mtemático qe permite eprer l relció etre l vrile de etrd l vrile de lid de item.. Et etá limitd item de eccioe diferecile liele ivrite e el tiempo (LI) co ol etrd ol lid (SISO).. L fció de trfereci e propiedd del item e í, e idepediete de l mgitd trlez de l etrd. 4. L fció de trfereci icle l idde eceri pr relcior l etrd co l lid, i emrgo o rid ig iformció repecto l etrctr fíic del item. Sitem fíicmete ditito pede teer l mim fció de trfereci. 5. El coocimieto de l fció de trfereci permite el etdio de l repet del item diver form de etrd, co lo cl e pede logrr mejor compreió de l trlez del item. 6. L fció de trfereci e pede oteer eperimetlmete itrodciedo etrd coocid etdido l repet del item. Eto e cooce como idetificció de item, pr lo cl eite mltitd de método. 7. U defiició ltertiv pr l fció de trfereci e : L trformd de Lplce de l repet l implo: cotiee l mim iformció. odelo lgerico. odelo temporl. Je-Frçoi DULHOSE

3 em. Form de repreetció del modelo mtemático Fció de trfereci repet l implo Se item LI, SISO ometido etrd repreetdo por fció de trfereci. Defiició de l repet l implo: U item qe tiee como fció de trfereci G, tiee como repet l implo l fció: L repet de ete item etrd clqier t e pede clclr tilizdo el teorem de covolció: L repet de item cl fció de trfereci G et ddo por l igiete itegrl de covolció: El prodcto de covolció e epre e geerl como L triz de rfereci El cocepto de triz de rfereci e eteió item IO de l fció de trfereci. Defiició: l mtriz G e deomi triz de rfereci, relcio l etrd U co l lid Y. Y GU o: : Número de etrd : úmero de lid Qe tmié pede eprere e otció mtricil eplícit por elemeto: Se pede por lo tto determir l lid co: Ejemplo : Se tiee el item mecáico IO co do etrd ( et ) do lid ( et ): L eccioe del item o: L trformd de Lplce de l lid erá: Dode: Ecel de Igeierí ecáic - UL

4 4 eorí de otrol L mtriz de trfereci, qe determi l relció G G e: olo cero de item LI, SISO. Lo polo lo cero permite l crcterizció diámic de item. Eto e pede defiir prtir de fcioe o mtrice de trfereci (m fácil pr lo item SISO) o prtir de modelo de etdo (m prctico e modelo IO). L ecció crcterític lo polo r item LI l ecció crcterític e defie como el má peqeño deomidor comú de todo lo poile meore de o lo. E el co de item SISO, ete correpode l deomidor de l fció de trfereci. El orde de modelo LI () correpode l epoete má elevdo de l ecció crcterític, e tmié igl l míimo úmero de etdo del modelo. L ríce de l ecció crcterític ( ) e deomi olo del item. r mtrice de trfereci, i e polo de elemeto de etoce erá olo del item. Eto olo o ecerimete úmero rele o complejo cojgdo. Si tiee ríce e, el polo e dice qe tiee mltiplicidd Ejemplo : r l fció de trfereci del item mecáico del ejemplo : L ecció crcterític e: Le polo erá etoce l ríce de l ecció: Ejemplo 4: oidermo l mtriz de trfereci:, 4 L ecció crcterític qe e oci l má peqeño comú deomidor e: 4 5 Lo polo del item erá l ríce de et ecció crcterític: Je-Frçoi DULHOSE

5 em. Form de repreetció del modelo mtemático 5 Lo cero E el co de lo item deomido cdrdo, e dode el úmero de etrd e igl l úmero de lid, lo cero e pede determir medite l mtriz o fció de trfereci. Se defie el poliomio o ecció de lo cero como el má grde comú divior de lo merdore de lo meore de orde máimo de ormlizdo, pr teer l ecció crcterític como deomidor. Ete poliomio e otiee co: G Le cero (z ) o l ríce de ete poliomio de orde, e otiee pr: Nz Ejemplo 5: pr l mim mtriz de trfereci del ejemplo 4: G Eite meor máimo de orde qe e: El poliomio de lo cero e: N Eite olo cero: z NO: od l defiicioe o plicle l co má imple de item SISO pr l cle e frcció rciol dode: El merdor e ríce o lo cero El deomidor e ríce o lo polo. Defiicioe: L difereci de grdo etre ( ) e deomi el grdo reltivo. Si el modelo e etrictmete propio (grdo reltivo poitivo) Si el modelo e ipropio (grdo reltivo cero). Si el modelo e propio. Si el modelo e impropio (grdo reltivo egtivo). Lo item rele o etrictmete propio. Lo cotroldore pede er propio o impropio. Lo impropio e modific pr poder cotrirlo. epreetció de modelo mtemático e Epcio de Etdo L repreetció e epcio de etdo, tmié coocid como repreetció iter, fe tilizd e otr dicipli como l mecáic o termodiámic dede hce lrgo tiempo. or ejemplo, pr el comportmieto mcrocópico de g pede decriire predecire co úmero fiito de vrile fíic: el volme de ee g, preió tempertr. El cojto,, repreet el etdo termodiámico del g. S evolció e el tiempo depederá del etoro eterior (porte de clor por ejemplo) pdiédoe crcterizr comportmieto diámico co el coocimieto de ee etoro, qe e cotrol deomimo etrd del item. E coclió el etdo diámico de item pede er repreetdo por cojto de vrile deomid vrile de etdo. Ete cojto de vrile crcteriz completmete l cofigrció diámic ctl del item. r eto e reqiere de úmero míimo de vrile de etdo eceri ficiete qe permite l decripció diámic del item. Ecel de Igeierí ecáic - UL

6 6 eorí de otrol Lo item tomático modero, prtir de lo cle e derrollo l repreetció de etdo pr el cotrol de proceo, prece e lo ño 6 pr permitir el cotrol de item complejo tle como l pliccioe epcile polo olri, l cle tiee múltiple etrd lid (IO), criterio de fciomieto cd vez má evero. El o del epcio de etdo pr repreetció de item de cotrol proviee de l cpcidd qe tiee et repreetció de repreetr item mltivrile complejo. S derrollo plicció crece lego co el o de lo comptdore. El cojto de vrile de etdo o e úico, pero dee etr coformdo pr cd item por úmero idético de vrile de etdo idepediete. Eto igific qe l elecció de et vrile, í como de codicioe iicile, cotite cojto qe e pede fijr de form ritrri. El etdo iicil del item cotite memori: ddo etdo iicil itte ddo el coocimieto del pdo o permite el coocimieto del ftro del item, e reqiero por lo tto de fcioe (eccioe de etdo) qe permite l predicció del ftro, l fcioe comúmete tilizd o l reltte de itegrció. r compreder correctmete el fciomieto de et repreetció e etdir l defiicioe áic de etdo, vrile de etdo, vector de etdo epcio de etdo. Lego e preetrá l form de l eccioe e epcio de etdo, relció co l fcioe de trfereci l form de repreetr item liele e epcio de etdo. Defiicioe Etdo El etdo de item diámico e el cojto má peqeño de vrile (deomid vrile de etdo) tle qe el coocimieto de e vrile e t t, cojtmete co el coocimieto de l etrd pr todo tiempo t t, l eccioe qe decrie l diámic,,,,, determi completmete el comportmieto ftro de lo etdo lid del item pr clqier tiempo t t. rile de etdo L vrile de etdo de item diámico o l vrile qe cotite el cojto má peqeño de vrile qe determi el etdo de item diámico. Nótee qe l vrile de etdo o dee er ecerimete ctidde fíic merle oervle. Si emrgo e coveiete ecoger como vrile de etdo de item mgitde. ector de etdo Si e reqiere vrile de etdo pr decriir completmete el comportmieto de item ddo, e pede coiderr e vrile como lo compoete de vector. ector qe recie el omre de vector de etdo. Eccioe e el epcio de etdo L eccioe e epcio de etdo mej tre tipo de vrile: L vrile de etrd, o vector de etrd,,, L vrile de lid, o vector de lid,,, L vrile de etdo, o vector de etdo,,, Dode,, repreet el úmero de vrile de etdo, lid etrd repectivmete. L epreió geerl de et eccioe e l igiete: r item o liel: Ecció de etdo Je-Frçoi DULHOSE t f, t,

7 em. Form de repreetció del modelo mtemático 7 t g, t, Ecció de lid r item liel Ecció de etdo Dode: t t t B t t t t t D t t Ecció de lid t e deomi mtriz de etdo B t e deomi mtriz de etrd t e deomi mtriz de lid t D e deomi mtriz de trició direct Si l fcioe o vector de fcioe, o l mtrice,, comprede eplícitmete el tiempo el item e deomi vrile e el tiempo, e el co cotrrio el item e deomi ivrite e el tiempo. E el co de item liel ivrite e el tiempo (LI) l eccioe de etdo e ecrie etoce como: Ecció de etdo t t B t t t D t Ecció de lid epreetció de item diámico e el epcio de etdo lqier ecció diferecil de orde e pede eprer como ecció de etdo de primer orde e otció vectoril-mtricil. Se preet cotició l técic pr l oteció de et eccioe de etdo pr do eccioe diferecile come. epreetció e epcio de etdo prtir de eccioe diferecile ordiri (típicmete item SISO) o de ecció ordiri de orde e dode l fció eitdor o icle térmio derivtivo Se el igiete item de orde : Spoiedo qe l codicioe iicile,, l etrd t pr tiempo t o coocid, etoce l vrile de etdo dee er tle qe defi completmete el comportmieto ftro del item. Bjo et premi e pede etoce ecoger como vrile de etdo: Etoce l ecció diferecil e pede ecriir como: O e form mtricil: B Dode: Ecel de Igeierí ecáic - UL

8 Je-Frçoi DULHOSE 8 eorí de otrol B Et form de repreetció e deomi comúmete form cóic cotroldor. Not: L repreetció de etdo de item o e úic, pe depede de l form como e eleccio l vrile de etdo, i emrgo tod l repreetcioe de mimo item tedrá el mimo úmero de vrile de etdo. Ejemplo 6: pr el item mecáico motrdo e el ejemplo e tiee l ecció diferecil: F K Dode F Se pede etoce defiir l vrile de etdo como: Stitedo eto e l ecció oteemo: K K Se otiee etoce el item de eccioe de etdo: K El cl pede eprere mtricilmete como: B Dode: o de eccioe diferecile de orde e dode l fció ecitdor icle térmio derivtivo Se el igiete item de orde : Spoiedo qe l codicioe iicile,, l etrd t pr tiempo t o coocid, etoce l vrile de etdo dee er tle qe defi completmete el comportmieto ftro del item. E ete co e prticlr l vrile de etdo deerá demá er tle qe elimie l derivd de e l ecció de etdo. Bjo et premi e pede ecoger como vrile de etdo:

9 Ecel de Igeierí ecáic - UL 9 em. Form de repreetció del modelo mtemático Dode,, o coeficiete qe e determi como: o et ecogeci de vrile de etdo e otiee el item de eccioe de etdo: O e form mtricil: B Dode: B D Ejemplo 7: pr l ecció diferecil igiete: Qeremo oteer repreetció e epcio de etdo. Se defie etoce l igiete vrile de etdo: Dode:

10 Je-Frçoi DULHOSE eorí de otrol L ecció de etdo del item erá etoce: L ecció de lid erá: epreetció de etdo prtir de item de eccioe diferecile E el co de dipoer de item de eccioe diferecile e lgr de ol ecció ordiri e poile oteer repreetció de etdo directmete de ete item de eccioe, lo do ejemplo igiete iltr et opció. Ejemplo 8: Se tiee el item térmico del termómetro motrdo e l figr, repreetdo por l eccioe: () D Q Q () D Q Q () Q D (4) Q E (5) Q (6) Q r el cl qeremo oteer repreetció e epcio de etdo. El item pede implificre iicilmete pr poerlo e fció olo de l tempertr: (7) D E (8) D (9) D E ete co qed clrmete idetificdo qe l etrd e l lid e. Lo etdo e pede defiir de l igiete mer: E e et defiició de lo etdo e pede re-ecriir el item como: E Q Q Q

11 Ecel de Igeierí ecáic - UL em. Form de repreetció del modelo mtemático prtir de et eccioe e pede ecriir el item e form de epcio de etdo: El cl pede ecriire e form mtricil como: Dode: B Ejemplo 9: oideremo el item mecáico IO co do etrd ( ) do lid ( ), motrdo e l figr: L eccioe del item o: E ete co teemo: Y podemo eleccior como etdo: Si titimo lo etdo, etrd lid e l eccioe origile tedremo: Y oteemo l repreetció de etdo igiete:

12 eorí de otrol Epredo e form de triz: o: K K K K K B elció etre fció de trfereci epcio de etdo Se pede oteer l fció de trfereci de item epredo e epcio de etdo medite epreió imple. r el item epredo e epcio de etdo e form mtricil: B D L trformd de Lplce etá dd por: X X BU Y X DU omo l fció de trfereci e defie como l relció etre l trformd de Lplce de l lid l trformd de Lplce de l etrd cdo l codicioe iicile o cero: Y G X Se poe etoce qe l codició iicil e igl cero, e otiee etoce qe l epreió de l trformd erá: X X BU ó I X BU re mltiplicdo mo miemro de l ecció por X I BU I e otiee: Y l titire et epreió e l ecció de lid oteemo: or lo tto: Y G I B I B D DU Ejemplo : pr el item mecáico teímo qe el modelo mtemático epredo e epcio de etdo e: B Dode: Je-Frçoi DULHOSE

13 Ecel de Igeierí ecáic - UL em. Form de repreetció del modelo mtemático K B Si qeremo oteer l fció de trfereci prtir de et epreió del modelo deemo etoce r l epreió: K D B I G l reolver et ecció oteemo: K G ecordtorio : Dode: elemeto de l mtriz dj meore priciple K K G K G K G K G Qe e ectmete l fció de trfereci ecotrd prtir de l ecció diferecil. Ejemplo : prtir del modelo mtemático e repreetció de etdo oteido e el ejemplo 8, qeremo oteer l fció de trfereci de éte item e pede etoce oteer co l epreió: D B I G G o:

14 Je-Frçoi DULHOSE 4 eorí de otrol I E ete co e oerv qe el cálclo lgerico e velve reltivmete lrgo, por lo cl e má fácil oteer l fció de trfereci directmete de l ecció diferecil del item: E D D D 4 o: 4 E co co l fció de trfereci pede ecriire como: 4 U Y G No icidd del cojto de vrile de etdo L o icidd del cojto de vrile de etdo igific qe pr item clqier eite diver repreetcioe de etdo poile. De form recíproc mtrice diferete pede repreetr mimo item por ede mim ecció crcterític. r pror qe eto e poile tilicemo el ejemplo igiete: Ejemplo : Spogmo qe iicilmete e tiee el item e form de ecció diferecil: r oteer repreetció e form de epcio de etdo e pede tomr lo igiete etdo:

15 em. Form de repreetció del modelo mtemático 5 o eto etdo e otiee l repreetció de etdo igiete: Qe pede eprere e form mtricil como: Dode: B L fció de trfereci de ete item e: oideremo hor el item liel repreetdo por l mtrice: 6 Se pede oteer l fció de trfereci del item co l relció: Se oerv qe et egd repreetció de etdo correpode ectmete l mimo item pe poee l mim fció de trfereci. Form cóic de Jord L forme cóic de Jord o form odl, e l correpodiete l egd repreetció del ejemplo terior, e l cl l mtriz olo poee elemeto e l digol, e mtriz llmd digol. Eto elemeto de l digol correpode directmete lo vlore propio de l mtriz, lo cle o lo polo del item o ríce de ecció crcterític. Ecel de Igeierí ecáic - UL

16 Je-Frçoi DULHOSE 6 eorí de otrol J L o icidd de l repreetció de etdo permite modificr l repreetció pr oteer modelo má imple de miplció, tl como el co de l form de Jord co mtrice digole. E el ejemplo vimo qe l mtriz jo l form cóic de Jord e: J Si determimo l ecció crcterític correpodiete et ev mtriz oteemo: J I L vetj de l repreetció cóic de Jord e qe metr directmete l etilidd del item demá l opercioe mtemátic co l mtrice digole o má ecill. L repreetció cóic de Jord e olo otr repreetció e epcio de etdo poile pr item liel. mio de vrile liel De hecho e pede demotrr qe pr tod repreetció de etdo de item e pede determir evo cojto de vrile de etdo, medite cmio de vrile liel de l form: z Dode e mtriz clqier co l mim dimeioe qe. E ete co el evo item qed determido por: z B z z E decir: z B z z Dode e l iver de. Ejemplo : Spóge qe e qiere defiir evo cojto de vrile de etdo pr etro ejemplo do l mtriz L iver de et mtriz e:

17 Ecel de Igeierí ecáic - UL 7 em. Form de repreetció del modelo mtemático E ete co etr ev repreetció de etdo etrá defiid por: z B z z z z z Dode l mtrice viee defiid por: 8 7 z B B z z odemo oervr qe et ev repreetció de etdo correpode l mimo item liel, de hecho l ecció crcterític de et e: I Digolizció de mtrice De hecho l repreetció de Jord e co prticlr de cmio de vrile, dode l mtriz qe permite l digolizció de l mtriz. L form de l mtriz eceri pr l oteció de l repreetció cóic de Jord e pede geerlizr pr mtriz c form e de tipo cóic cotroldor: omo: r etro ejemplo l mtriz qe permite l oteció de l form cóic de Jord e: 9 4 iver e: De hecho:

18 Je-Frçoi DULHOSE 8 eorí de otrol J E et repreetció jo l form cóic de Jord l mtrice erá: B B J 9 4 J Not: r qe repreetció de etdo e eqivlete otr oteid por cmio de vrile e ecerio l trformció de tod l mtrice qe repreet el item. Ejercicio. r lo ejercicio del tem oteer repreetció e epcio de etdo de l eccioe del modelo, tilizdo l ecció diferecil oteid otr tilizdo el item de eccioe qe repreet el item.. Oteer l fció o mtriz de trfereci de lo item tilizdo pr el ejercicio.. r lo igiete item e repreetció de etdo oteer l fció de trfereci, l ecció diferecil del item l form cóic de Jord. 4 8, B,, B, 7 7, B,

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