En esta sección, profundizaremos en los cuatro métodos fundamentales para analizar estabilidad en sistemas de control, desde técnicas algebraicas hasta herramientas gráficas y enfoques para no linealidades. Descubriremos cómo cada método revela información crítica sobre el comportamiento dinámico del sistema, permitiendo diseñar controladores robustos que eviten fallos catastróficos. Veremos que la estabilidad no es binaria (estable/inestable), sino un espectro con márgenes de seguridad que garantizan operación confiable ante perturbaciones e incertidumbres del modelo.
Filosofía: "Evitar calcular raíces mediante inspección de signos".
Formar la tabla para ecuación característica: ansn+an−1sn−1+⋯+a0=0
Filas alternas: Coeficientes pares e impares.
Cálculo recursivo:
Cero en primera columna: Reemplazar por ϵ→0+ y analizar signo.
Fila completa de ceros: Polos simétricos respecto al origen (usar polinomio auxiliar).
Ventaja: Detecta inestabilidad para sistemas de orden n>4 sin resolver polinomios.
Limitación: No cuantifica "qué tan estable" es el sistema.
Puedes aprender más de este procedimiento en el siguiente video:
Filosofía: "Mapa de cómo se mueven los polos al variar la ganancia K"
Paso 1. Partida/arribo
Ángulos de partida de polos: θd=180∘−∑ϕpolos+∑θceros
Ángulos de arribo a ceros: θa=180∘+∑ϕpolos−∑θceros
Paso 2. Asíntotas para K→∞
Paso 3. Puntos de ruptura.
Polos en lazo abierto: s=0,−2
Punto de ruptura: s=−1
Ganancia crítica: Kcrit=4 (cuando polos cruzan a σ>0)
En el siguiente video se pueden ampliar los conocimientos:
Puedes aprender más del procedimiento en el siguiente video:
Diagramas de Bode
Interpretación avanzada:
Cruce de ganancia (ωc): Frecuencia donde ∣G(jωc)∣ = 1(0 dB).
Cruce de fase (ωπ): Frecuencia donde ∠G(jωπ)=−180∘
Márgenes óptimos: MG>6dB y MF>30∘ para robustez ante incertidumbres
Detalles operativos
Diagrama de Nyquist no envuelve −1+0j→ Estable.
EJEMPLO PRÁCTICO
A continuación, un video explicativo de este tema:
El análisis de estabilidad no es un ejercicio teórico, sino una salvaguarda operativa. Cada método aborda escenarios distintos:
Routh-Hurwitz ofrece rapidez algebraica para modelos precisos.
Root Locus visualiza el impacto de ganancias en dinámica.
Bode/Nyquist maneja retardos e incertidumbres mediante márgenes.
Lyapunov domina no linealidades donde métodos lineales fallan.
Ningún método es universal. Un controlador "estable" en simulación puede ser inestable en planta real debido a:
Dinámicas no modeladas (fricción, retardos).
Perturbaciones no acotadas.
Saturación de actuadores.