Ha ismert (A,b,c T ), akkor

Hasonló dokumentumok
Tartalom. 1. Állapotegyenletek megoldása 2. Állapot visszacsatolás (pólusallokáció)

Tartalom. Állapottér reprezentációk tulajdonságai stabilitás irányíthatóság megfigyelhetőség minimalitás

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 8.

Bevezetés az állapottér-elméletbe Dinamikus rendszerek állapottér reprezentációi

Irányításelmélet és technika I.

Bevezetés az állapottér elméletbe: Állapottér reprezentációk

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 9.

Irányítástechnika GÁSPÁR PÉTER. Prof. BOKOR JÓZSEF útmutatásai alapján

pont) Írja fel M struktúrában a parametrikus bizonytalansággal jellemzett

Irányítástechnika II. Nem hivatalos vizsga beugró kérdéssor kidolgozás

Lineáris algebra Gyakorló feladatok

Inverz inga irányítása állapot-visszacsatolással

Mátrix-exponens, Laplace transzformáció

Bevezetés az algebrába 2

Lineáris algebra gyakorlat

L-transzformáltja: G(s) = L{g(t)}.

Bevezetés az algebrába 2 Differencia- és differenciálegyenlet-rendszerek

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

3. előadás Stabilitás

Állapottér modellek tulajdonságai PTE PMMK MI BSc 1

Irányítástechnika 2. előadás

Inverz inga állapot-visszacsatolás tervezés Matlab segédlet

A maximum likelihood becslésről

Norma Determináns, inverz Kondíciószám Direkt és inverz hibák Lin. egyenletrendszerek A Gauss-módszer. Lineáris algebra numerikus módszerei

Segédlet a gyakorlati tananyaghoz GEVAU141B, GEVAU188B c. tantárgyakból

Differenciálegyenlet rendszerek

Feladatok a Diffrenciálegyenletek IV témakörhöz. 1. Határozzuk meg következő differenciálegyenletek általános megoldását a próba függvény módszerrel.

Ideiglenes példatár az Intelligens rendszerek I. kurzus 1. zárthelyi dolgozatához

Differenciálegyenletek megoldása próbafüggvény-módszerrel

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

MECHATRONIKA Mechatronika alapképzési szak (BSc) záróvizsga kérdései. (Javítás dátuma: )

1.7. Elsőrendű lineáris differenciálegyenlet-rendszerek

IRÁNYÍTÁSTECHNIKA II.

Lineáris leképezések. 2. Lineáris-e az f : R 2 R 2 f(x, y) = (x + y, x 2 )

9. Előadás. (9. előadás) Lineáris egyr.(3.), Sajátérték április / 35

Matematika III. harmadik előadás

LINEÁRIS ALGEBRA. matematika alapszak. Euklideszi terek. SZTE Bolyai Intézet, őszi félév. Euklideszi terek LINEÁRIS ALGEBRA 1 / 40

1. Bázistranszformáció

Matematika (mesterképzés)

Soros felépítésű folytonos PID szabályozó

MODELLEK ÉS ALGORITMUSOK ELŐADÁS

differenciálegyenletek

Utolsó el adás. Wettl Ferenc BME Algebra Tanszék, Wettl Ferenc (BME) Utolsó el adás / 20

Számítógépvezérelt szabályozások elmélete

Irányításelmélet és technika II.

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

10. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 10. előadás Sajátérték, Kvadaratikus alak

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

Differenciálegyenletek megoldása Laplace-transzformációval. Vajda István március 21.

Lineáris egyenletrendszerek

Irányítástechnika II. előadásvázlat

λx f 1 (x) e λx f 2 (x) λe λx f 2 (x) + e λx f 2(x) e λx f 2 (x) Hasonlóan általában is elérhető sorműveletekkel, hogy csak f (j)

Differenciálegyenletek gyakorlat december 5.

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

RENDSZERTECHNIKA 8. GYAKORLAT

y + a y + b y = r(x),

6. feladatsor: Inhomogén lineáris differenciálegyenletek (megoldás)

15. LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK

1. Diagonalizálás. A Hom(V) diagonalizálható, ha van olyan bázis, amelyben A mátrixa diagonális. A diagonalizálható van sajátvektorokból álló bázis.

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 7.

LTI Rendszerek Dinamikus Analízise és Szabályozásának Alapjai

DIFFERENCIAEGYENLETEK

i=1 λ iv i = 0 előállítása, melynél valamelyik λ i

Lineáris algebra 2. Filip Ferdinánd december 7. siva.banki.hu/jegyzetek

Elhangzott tananyag óránkénti bontásban

DINAMIKAI VIZSGÁLAT ÁLLAPOTTÉRBEN Dr. Aradi Petra, Dr. Niedermayer Péter: Rendszertechnika segédlet 1

1. Mátrixösszeadás és skalárral szorzás

Eddig csak a polinom x-ben felvett értékét kerestük

Matematika A3 1. ZH+megoldás

Determinánsok. A determináns fogalma olyan algebrai segédeszköz, amellyel. szolgáltat az előbbi kérdésekre, bár ez nem mindig hatékony.

Bevezetés az algebrába 2

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

1. zárthelyi,

Lineáris algebra zárthelyi dolgozat javítókulcs, Informatika I márc.11. A csoport

3. Fékezett ingamozgás

Folytonos rendszeregyenletek megoldása. 1. Folytonos idejű (FI) rendszeregyenlet általános alakja

Lineáris leképezések (előadásvázlat, szeptember 28.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 9. el?

Matematika II képletek. 1 sin xdx =, cos 2 x dx = sh 2 x dx = 1 + x 2 dx = 1 x. cos xdx =,

Megoldások MATEMATIKA II. VIZSGA (VK) NBT. NG. NMH. SZAKOS HALLGATÓK RÉSZÉRE (Kérjük, hogy a megfelelő szakot jelölje be!

3. Lineáris differenciálegyenletek

Lineáris leképezések. Wettl Ferenc március 9. Wettl Ferenc Lineáris leképezések március 9. 1 / 31

Tartalom. 1. Számítógéppel irányított rendszerek 2. Az egységugrásra ekvivalens diszkrét állapottér

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

Méréselmélet példatár

Méréselmélet példatár


x 2 e x dx c) (3x 2 2x)e 2x dx x sin x dx f) x cosxdx (1 x 2 )(sin 2x 2 cos 3x) dx e 2x cos x dx k) e x sin x cosxdx x ln x dx n) (2x + 1) ln 2 x dx

A vegetatív működés modelljei

6. gyakorlat: Lineáris rendszerek fázisképei

2. Hogyan számíthatjuk ki két komplex szám szorzatát, ha azok a+bi alakban, illetve trigonometrikus alakban vannak megadva?

12. Mikor nevezünk egy részhalmazt nyíltnak, illetve zártnak a valós számok körében?

SZABÁLYOZÁSI KÖRÖK 2.

karakterisztikus egyenlet Ortogonális mátrixok. Kvadratikus alakok főtengelytranszformációja

Nemkonvex kvadratikus egyenlőtlenségrendszerek pontos dualitással

25/1. Stacionárius és tranziens megoldás. Kezdeti és végérték tétel.

2. Folytonos lineáris rendszerek leírása az id!-, az operátor- és a frekvenciatartományban

6. gyakorlat. Gelle Kitti. Csendes Tibor Somogyi Viktor. London András. jegyzetei alapján

Átírás:

Az eddigiekben feltételeztük, hogy a rendszer állapotát mérni tudjuk. Az állapot ismerete szükséges az állapot-visszacsatolt szabályzó tervezéséhez. Ha nem ismerjük az x(t) állapotvektort, akkor egy olyan ˆx(t) (azonos dimenziójú) mennyiséget képzünk, mely asszimptotikusan közelíti az eredeti állapotot, tehát ˆx(t) x(t) miközben t. 2018 1

Ha ismert (A,b,c T ), akkor ˆx(t) = A ˆx(t) + bu(t), ŷ(t) = c T ˆx(t), ˆx(0) = ˆx 0, ahol az állapot-becslés hibája e(t)=x(t)- ˆx(t), t [0, ). Az állapotbecslés hibájának időbeli változását annak differenciálegyenlete adja meg: ė(t) = ẋ(t) ˆx(t) 2018 2

ė(t) = ẋ(t) ˆx(t) = Ax(t) + bu(t) A ˆx(t) bu(t) = A(x(t) ˆx(t)) = Ae(t), ahol e(0) = ê 0 kezdeti értékkel egy homogén lineáris differenciálegyenlet adódik. 2018 3

Laplace-tartományban: s E(s) e 0 = AE(s) (si A)E(s) = e 0 E(s) = (si A) 1 e 0 L 1 {(si A) 1 e 0 } = e At e 0 2018 4

Ha e 0 nem zérus, akkor az állapothiba lecseng, feltéve hogy az A mátrix stabil azaz, Re(λ i ) < 0 i i = 1..n ahol n = dim(x) és így e(t) 0 miközben t. 2018 5

Ha A instabil, illetve ha a tervező befolyásolni akarja az állapothiba lecsengését, akkor visszacsatolást kell alkalmazni; ˆx(t) = A ˆx(t) + bu(t) + l (y(t) ŷ(t)) }{{} a kimenet becslési hibája ahol l = [l n 1 l n 2... l 0 ] T, n dimenziós oszlopvektor (n sora van). 2018 6

Ekkor az állapothiba ė(t) = ẋ(t) ˆx(t) = Ax(t) + bu(t) A ˆx(t) bu(t) l ( c T x(t) c T ˆx(t) ) = (A lc T )(x(t) ˆx(t)) = (A lc T )e(t), ha adott e(0) = ê 0 akkor e (A lct )t e 0. Így az A minden elemét módosítani tudom, és minden sajátértékét tetszőlegesen meg tudom választani. 2018 7

1. Állítás: λ i (A lc T ) tetszőlegesen megválasztható egy adott l megfigyelő-erősítés megválasztásával, akkor és csak akkor, ha (c T,A) megfigyelhető. Hasonlóan pl. az állapot visszacsatolás tervezéséhez, ahol a tervezés feltétele volt az (A, b) pár irányíthatósága. A megfigyelő tervezés és az állapot-visszacsatolt szabályzó tervezése duális fogalompárok, melyek egymást kiegészítik. 2018 8

Ha az (A, b) irányítható, hozzárendelhetünk egy ún. irányíthatósági állapottér reprezentációt, amely n=2 esetén: A c = a 1 a 0 1 0, b c = 1, c T c = 0 [b 1 b 0 ] 2018 9

Ha a (c T,A) megfigyelhető, hozzárendelhetünk egy ún. megfigyelhetőségi alakot, amely n=2 esetén: A o = A T c = a 1 1, b o = ( ) c T T c = b 1, a 0 0 b 0 [ ] c T o = b T c = 1 0 2018 10

A két felírási mód közöttt a dualitás teremt kapcsolatot. A két állapottér ekvivalens állapotterek, melynek bizonyítására írjuk fel az átviteli függvényeiket: G(s) = b 1s + b 0 = c T s 2 c (si A c ) 1 b c = c T o (si A o ) 1 b o + a 1 s + a 0 s 1 1 (si A o ) 1 = s + a 1 1 = ad j(si A o) s det(si A o ) = a 0 s + a 1 (s + a 1 )s + a 0 a 0 2018 11

G(s) = [ ] 1 0 s 1 b 1 a 0 s + a 1 b 0 = s 2 + a 1 s + a 0 [ ] s 1 b 1 b 0 s 2 + a 1 s + a 0 = b 1s + b 0 s 2 + a 1 s + a 0 Mely átviteli függvény a (A o,b o,c T o ) reprezentáció átviteli függvénye, és azonos a korábbiakban bizonyított módon az irányíthatósági állapottérből képzett átviteli függvénnyel. 2018 12

A megfigyelő tervezés adott (A o,b o,c T o ) esetén, az állapot visszacsatolás tervezéséhez (pólusallokáció) hasonlóan az új karakterisztikus polinom ā 0, ā 1,..., ā n 1, együtthatóinak ismeretében l i = ā i a i (i = 0,...,(n 1)) megválasztásával lehetséges: Ā o = A o lc T = a n 1 1 0... 0 a n 2 0 1... 0. a 0 0 0... 0 l n 1 l n 2. l 0 [ ] 1 0... 0 2018 13

Az állapotmegfigyelővel ellátott körben a rendszer ẋ(t) = A o x(t) + b o u(t) y(t) = c T o x(t), és a megfigyelő, mint dinamikus rendszer ˆx(t) = A o ˆx(t) + b o u(t) + l(y(t) ŷ(t)) ŷ(t) = c T o ˆx(t) Ha a szabályozást állapot-visszacsatolással képezzük, abban a becsült állapotot kell felhasználni: u(t) = k T ˆx(t) + r(t) 2018 14

2018 15

Állapot-visszacsatolt szabályozási kör állapotmegfigyelővel 2018 16

2. Állítás: A megfigyelővel és állapot-visszacsatolt szabályzóval ellátott zárt rendszer karakterisztikus polinomja det(si A z ) = det(si A + bk T ) }{{} állapot-visszacsatolás det(si A + lc T ) }{{} megfigyelő 2018 17

Szeparációs elv: Az állapot-visszacsatolt szabályzó és a megfigyelő függetlenül tervezhető. Sztochasztikus rendszerek állapota becsülhető Kalman szűrővel, mely az állapotbecslés mellett a rendszerben felmerülő zajok szűrését is lehetővé teszi, az állapot hiba-kovarianciájának minimalizálásával. 2018 18

Példa: Tervezzünk állapotmegfigyelőt az inverz inga modellhez! M=1 kg, m=0,1 kg, l=0,5 m, és g=10 m/s 2 A megfigyelő pólusai p 1,2 = 10 és n=2. G(s) = 1 Ml s 2 g l b 0 = 1 Ml = 2 a 0 = g l = 20 a 1 = 0 = b 0 s 2 + a 0 2018 19

Az inverz inga megfigyelhetőségi alakban felírt állapottér modellje: A o = Az új karakterisztikus polinom: 0 1,b o = 2,c T o = 20 0 0 [ ] 1 0 a(s)=(s + 10) 2 =s 2 + 20s + 100 a 1 =20, a 0 =100, amiből következik, hogy az állapotmegfigyelő erősítési mátrixa: l 0 = ā 0 a 0 = 100 ( 20) = 120 l 1 = ā 1 a 1 = 20 (0) = 20 2018 20