Capítulo 9
Aproximación de orden reducido de sistemas lineales

En sistemas monovariables, el concepto de reducción de orden está muy relacionado con los conceptos de dominancia o cancelación polo/cero, discutidos en el abundante material de terceros para el caso monovariable. El objetivo de este capítulo es generalizar adecuadamente las ideas a casos multivariables.

9.1 Caso monovariable, ideas básicas

[284: domycancDominancia y Cancelación controltheoryorg (canal YouTube) ** PIC 16:27

[285: ordnafopdAproximación de sistemas lineales de orden superior a primer/segundo orden + retardo: enfoque serie de Taylor *** PIC 10:25

[286: domp1Dominancia (polos): idea básica y ejemplo Matlab *** PIC 18:57

[287: zercancCancelación y ceros alejados: ejemplo y simulaciones de efecto en respuesta temporal sistema lineal ** PIC 14:54

9.2 Caso multivariable: planteamiento

[288: romotReducción de orden: motivación y aplicaciones ** PIC 12:20

[289: ro1Reducción de orden de modelos lineales: parte 1, planteamiento general *** PIC 04:54

Nota: Las siguientes secciones 9.3 y 9.4 presentan el detalle teórico de dos enfoques a la reducción de modelos, en el marco general descrito en el vídeo [ ro1(04:54)]. El lector “con prisas” podría revisar únicamente la reducción modal (bastante sencilla teóricamente, video [ romo(11:24)]) y obviar por el momento la teoría más compleja de la reducción equilibrada (vídeo [ robal(19:04)]).

Para este lector con poco tiempo, se recomendaría que revisara la ayuda de Matlab de los comandos hsvd, balred, freqsep y los ejemplos “demos” de reducción de orden que los utilizan, o, en el contexto de estos materiales, que pasara directamente al caso de estudio de la vibración longitudinal de un muelle en los vídeos [ feredm(15:23)] y [ feredm2(10:59)] donde se utilizan los comandos citados sin preocuparse mucho de la teoría subyacente, sino sólamente de su significado y utilización en la resolución de problemas concretos.

9.3 Reducción modal

[290: romoReducción de orden de sistemas dinámicos: parte 2, reducción Modal *** PIC 11:24

9.4 Reducción equilibrada

[291: robalReducción de Orden de sistemas dinámicos lineales: parte 3, reducción equilibrada (balanced) ***** PIC 19:04

Nota: existen otros tipos de reducción de orden, motivados por diferentes problemas de control robusto (que el error de aproximación del modelo reducido sea pequeño según diferentes definiciones). Por ejemplo, dada una representación factorizada P = M1N (vídeo [ incf1(09:33)]) de un proceso, la reducción equilibrada de M y N tiene determinadas propiedades de interés (ver comando de Matlab Robust Control Toolbox ncfmr, y la discusión sobre el mismo en el vídeo [ incf2(20:21)]).

9.5 Ejemplos de código

[292: romlReducción de orden de modelos lineales: parte 4, ejemplo Matlab (control systems toolbox) **** PIC 28:32

Ejemplo de aplicación a sistemas de parámetros distribuidos

Los sistemas de parámetros distribuidos discretizados por elementos finitos o diferencias finitas dan lugar a sistemas dinámicos de orden muy alto. Aplicar las técnicas de reducción de orden aquí vistas suele ser imprescindible para incorporar dichos modelos como subsistemas en desarrollos más complejos de modo que la simulación no sea muy costosa computacionalmente, o para diseñar controladores para este tipo de procesos.

[293: feredmReducción de orden: ejemplo modos vibración longitudinal de un muelle (1) *** PIC 15:23

[294: feredm2Reducción de orden: ejemplo modos de vibración de muelle (2), con carga en un extremo **** PIC 10:59