Calculadora do diagrama de Bode (margem de ganho e de fase)

Insira seus valores. A resposta e a solução completa resolvida se atualizam enquanto você digita.

Resultado

Margem de ganho9,542 dB
Margem de fase32,61 °
Frequência de cruzamento de ganho0,7494 rad/s
Frequência de cruzamento de fase1,414 rad/s
Malha fechadaestável (se a malha aberta não tiver polos no semiplano direito)
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

Desenhe o diagrama de Bode de uma função de transferência G(s) digitada como coeficientes do numerador e do denominador. A calculadora traça o módulo em dB e a fase em função da frequência, lista-os em uma tabela e encontra a frequência de cruzamento de ganho (|G| = 0 dB), a frequência de cruzamento de fase (fase = −180°), a margem de ganho e a margem 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)

Solução passo a passo

Resposta em frequência

G(s) = (2)/(s³ + 3s² + 2s)
s = jω: |G(jω)| em dB = 20·log₁₀|G(jω)|, fase = arg G(jω)
em baixa frequência: G ≈ 1·s-1 → fase → −90°

Cruzamento de ganho: |G(jω)| = 1 (0 dB)

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

Cruzamento de fase: fase = −180°

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

Estabilidade

Para uma malha aberta sem polos no semiplano direito, a malha fechada é estável quando as duas margens são positivas.

Como encontrar as margens de ganho e de fase em um diagrama de Bode

  1. Substitua s = jω e calcule |G(jω)| em dB (20·log₁₀|G|) e a fase arg G(jω) em uma faixa de frequências.
  2. Cruzamento de ganho ω_gc: onde |G(jω)| = 1, isto é, 0 dB. A margem de fase é MF = 180° + fase em ω_gc.
  3. Cruzamento de fase ω_pc: onde a fase é −180°. A margem de ganho é MG = −|G(jω_pc)| em dB.
  4. Para uma malha aberta sem polos no semiplano direito, a malha fechada é estável quando as duas margens são positivas.
  5. Metas de projeto típicas são uma margem de fase de 45° a 60° e uma margem de ganho de pelo menos 6 dB.

Perguntas e respostas

Como digito G(s)?

Digite os coeficientes do numerador e do denominador da maior potência de s para baixo, com zeros nas potências ausentes. 2/(s(s + 1)(s + 2)) = 2/(s³ + 3s² + 2s) tem numerador 2 e denominador 1 3 2 0.

Por que a fase não fica limitada a −180°…180°?

A fase é desenrolada: ela varia continuamente com a frequência, então um sistema com três polos chega a −270°. O cruzamento com −180° é encontrado nessa curva contínua.

E se não houver cruzamento?

Se |G| nunca cruza 0 dB, a margem de fase é infinita; se a fase nunca chega a −180°, a margem de ganho é infinita. Um sistema de primeira ou segunda ordem sem atraso, por exemplo, tem margem de ganho infinita.

Quando as margens podem enganar?

Em sistemas de malha aberta com polos ou zeros no semiplano direito, ou com vários cruzamentos, as margens sozinhas não decidem a estabilidade; use o critério de Nyquist. A calculadora informa as menores margens quando há vários cruzamentos.

Qual a exatidão dos resultados?

A resposta é calculada diretamente a partir da função de transferência complexa em uma malha logarítmica fina, e os cruzamentos são refinados por bisseção, então as frequências e as margens são exatas em muitos dígitos.

Pratique você mesmo

Pratique Diagramas de Bode e margens

Uma calculadora dá a resposta. Na prova você precisa do método: pratique-o com exercícios novos, dicas e soluções resolvidas.

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