21.1 : Función de transferencia en sistemas de control

La función de transferencia es un concepto fundamental en el análisis y diseño de sistemas lineales invariantes en el tiempo (LTI). Ofrece una forma concisa de entender cómo responde un sistema a diferentes entradas en el dominio de la frecuencia. Sirve como un puente entre las ecuaciones diferenciales en el dominio del tiempo que describen la dinámica del sistema y la representación en el dominio de la frecuencia que facilita la manipulación y el análisis.

Para derivar la función de transferencia, considere una ecuación diferencial lineal invariante en el tiempo de orden n general de la forma:

Aquí, c(t) es la salida, r(t) es la entrada y a_i y b_i son coeficientes constantes. Aplicando la transformada de Laplace a ambos lados, suponiendo que todas las condiciones iniciales son cero, la ecuación diferencial se puede convertir en una ecuación algebraica en términos de s, la variable de frecuencia compleja. Reordenando los términos, obtenemos:

La función de transferencia H(s) se define como la relación entre la salida C(s) y la entrada R(s):

Esta expresión muestra que la función de transferencia es una función racional de s. El numerador es el polinomio formado por los coeficientes de entrada y el denominador es el polinomio característico de la ecuación diferencial.

Esta función de transferencia indica cómo responde la salida c(t) del sistema a una entrada r(t) en el dominio de la frecuencia. La función de transferencia se puede representar en un diagrama de bloques con la entrada R(s) a la izquierda, la salida C(s) a la derecha y la función de transferencia H(s) dentro del bloque. Esta visualización simplifica la comprensión y el análisis del comportamiento del sistema, especialmente cuando se trata de sistemas más complejos.