Calculadora do critério de estabilidade de Routh–Hurwitz

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Resultado

Estabilidadeinstável
Raízes no semiplano direito2
Raízes sobre o eixo imaginário0
Raízes no semiplano esquerdo2
Trocas de sinal na primeira coluna2
coluna 1coluna 2coluna 3
s⁴135
s³240
s²150
s¹−600
s⁰500

Verifique a estabilidade de um sistema linear a partir do seu polinômio característico. A calculadora monta a tabela de Routh com frações exatas, trata um zero na primeira coluna (método do ε) e uma linha de zeros (polinômio auxiliar), conta as mudanças de sinal e fornece o número de raízes no semiplano direito, sobre o eixo imaginário e no semiplano esquerdo.

Solução passo a passo

Polinômio característico

s⁴ + 2s³ + 3s² + 4s + 5 = 0
Todos os coeficientes estão presentes e têm o mesmo sinal: uma condição necessária, mas não suficiente, para a estabilidade.

Duas primeiras linhas

s4: 1, 3, 5
s3: 2, 4, 0

Linhas seguintes

Cada novo elemento: (b₁·a_(j+1) − a₁·b_(j+1))/b₁, com a a linha duas acima e b a linha imediatamente acima.
s2: 1, 5, 0
s1: −6, 0, 0
s0: 5, 0, 0

Conte as mudanças de sinal na primeira coluna

primeira coluna: 1, 2, 1, −6, 5
sinais: + + + − +
2 mudança(s) de sinal → 2 raiz(es) no semiplano direito

Fórmulas principais

Estabilidade
todas as raízes do polinômio característico no semiplano esquerdo
tabela de Routh, elemento de s¹ de um polinômio cúbico
b1 = (a2a1 − a3a0)/a2
Raízes no semiplano direito
número de trocas de sinal na primeira coluna
Cúbico s³ + a₂s² + a₁s + a₀
estável quando todos os a > 0 e a₂·a₁ > a₀
Equação característica
1 + K·G(s) = 0

Como usar o critério de Routh–Hurwitz

  1. Escreva o polinômio característico com todas as potências de s da maior para baixo. Se um coeficiente estiver faltando ou os sinais forem diferentes, o sistema não pode ser estável.
  2. Preencha a primeira linha com os coeficientes 1º, 3º, 5º, … e a segunda linha com os 2º, 4º, 6º, ….
  3. Cada elemento seguinte é (b₁·a_(j+1) − a₁·b_(j+1))/b₁, usando as duas linhas acima dele.
  4. Se um primeiro elemento for zero mas a linha não for, substitua-o por um ε > 0 pequeno. Se uma linha inteira for zero, substitua-a pela derivada do polinômio auxiliar formado a partir da linha acima.
  5. O número de mudanças de sinal na primeira coluna é igual ao número de raízes no semiplano direito.

Perguntas e respostas

O que significa uma linha de zeros?

O polinômio tem raízes simétricas em relação à origem: pares ±a, ±jω, ou quádruplas. O polinômio auxiliar da linha acima contém exatamente essas raízes, e suas raízes sobre o eixo imaginário tornam o sistema, no melhor caso, marginalmente estável.

O método do ε é sempre confiável?

Não quando há raízes sobre o eixo imaginário. Por isso a calculadora também separa o fator comum de P(s) e P(−s), que contém todas as raízes simétricas, e conta exatamente suas raízes sobre o eixo imaginário. Se isso mudar a contagem, os passos informam.

Como encontro a faixa de K para a estabilidade?

Coloque o ganho K nos coeficientes, monte a tabela simbolicamente e exija que todo elemento da primeira coluna seja positivo. Esta calculadora trabalha com números, então você pode usá-la para conferir um valor de K de cada lado do limite que você encontrou.

Uma tabela de Routh estável significa um bom projeto?

Ela só diz que todos os polos estão no semiplano esquerdo. Quão rápida e bem amortecida é a resposta depende de onde os polos estão; use o lugar das raízes ou um diagrama de Bode para isso.

Pratique você mesmo

Pratique Estabilidade: Routh–Hurwitz e lugar das raízes

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

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