Calculadora de diagrama de Bode (margen de ganancia y de fase)

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Resultado

Margen de ganancia9,542 dB
Margen de fase32,61 °
Frecuencia de cruce de ganancia0,7494 rad/s
Frecuencia de cruce de fase1,414 rad/s
Lazo cerradoestable (si el lazo abierto no tiene polos en el semiplano derecho)
ω (rad/s)|G(jω)||G| (dB)fase (°)
0,0199,9940−90,86
0,0215446,433,33−91,85
0,0464221,5226,65−93,99
0,19,93819,95−98,57
0,21544,51113,09−108,3
0,46421,9045,591−128
10,6325−3,979−161,6
2,1540,133−17,53−202,2
4,6420,01796−34,92−234,5
100,001951−54,19−253
21,540,0001989−74,03−262
46,421,998 × 10⁻⁵−93,99−266,3
1002 × 10⁻⁶−114−268,3

Dibuja el diagrama de Bode de una función de transferencia G(s) introducida mediante los coeficientes del numerador y del denominador. La calculadora representa el módulo en dB y la fase frente a la frecuencia, los muestra en una tabla y halla la frecuencia de cruce de ganancia (|G| = 0 dB), la frecuencia de cruce de fase (fase = −180°), el margen de ganancia y el margen de fase.

Diagrama de Bode

|G(jω)| (dB)0,010,1110100−150−100−50050ωgc​ = 0,7494GM = 9,542 dBfase (°)0,010,1110100−270−225−180−135−90PM = 32,61°ωpc​ = 1,414ω (rad/s)

Solución paso a paso

Respuesta en frecuencia

G(s) = (2)/(s³ + 3s² + 2s)
s = jω: |G(jω)| de cada dB = 20·log₁₀|G(jω)|, fase = arg G(jω)
a baja frecuencia: G ≈ 1·s-1 → fase → −90°

Cruce de ganancia: |G(jω)| = 1 (0 dB)

ω = 0,7494 rad/s: fase = −147,4° → PM = 180° + (−147,4°) = 32,61°

Cruce de fase: fase = −180°

ω = 1,414 rad/s: |G| = −9,542 dB → GM = −(−9,542) = 9,542 dB

Estabilidad

Para un lazo abierto sin polos en el semiplano derecho, el lazo cerrado es estable cuando ambos márgenes son positivos.

Cómo hallar los márgenes de ganancia y de fase en un diagrama de Bode

  1. Sustituye s = jω y evalúa |G(jω)| en dB (20·log₁₀|G|) y la fase arg G(jω) en un rango de frecuencias.
  2. Cruce de ganancia ω_gc: donde |G(jω)| = 1, es decir, 0 dB. El margen de fase es MF = 180° + la fase en ω_gc.
  3. Cruce de fase ω_pc: donde la fase es −180°. El margen de ganancia es MG = −|G(jω_pc)| en dB.
  4. Para un lazo abierto sin polos en el semiplano derecho, el lazo cerrado es estable cuando ambos márgenes son positivos.
  5. Los objetivos de diseño típicos son un margen de fase de 45° a 60° y un margen de ganancia de al menos 6 dB.

Preguntas y respuestas

¿Cómo introduzco G(s)?

Escribe los coeficientes del numerador y del denominador desde la potencia más alta de s hacia abajo, con ceros para las potencias que faltan. 2/(s(s + 1)(s + 2)) = 2/(s³ + 3s² + 2s) es numerador 2 y denominador 1 3 2 0.

¿Por qué la fase no se limita a −180°…180°?

La fase se desenvuelve: cambia de forma continua con la frecuencia, así que un sistema con tres polos baja hasta −270°. El cruce con −180° se halla en esa curva continua.

¿Qué pasa si no hay cruce?

Si |G| nunca cruza 0 dB, el margen de fase es infinito; si la fase nunca llega a −180°, el margen de ganancia es infinito. Un sistema de primer o segundo orden sin retardo, por ejemplo, tiene un margen de ganancia infinito.

¿Cuándo pueden inducir a error los márgenes?

En sistemas de lazo abierto con polos o ceros en el semiplano derecho, o con varios cruces, los márgenes por sí solos no deciden la estabilidad; usa el criterio de Nyquist. La calculadora indica los márgenes más pequeños cuando hay varios cruces.

¿Qué exactitud tienen los resultados?

La respuesta se evalúa directamente a partir de la función de transferencia compleja en una malla logarítmica fina, y los cruces se refinan por bisección, por lo que las frecuencias y los márgenes son exactos hasta muchas cifras.

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