Irányításelmélet és technika I.

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

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

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

Tartalom. Állapottér reprezentációk tulajdonságai stabilitás irányíthatóság megfigyelhetőség minimalitás

Számítógépvezérelt szabályozások elmélete

Bevezetés az állapottér-elméletbe Dinamikus rendszerek állapottér reprezentációi

Bevezetés az állapottér elméletbe: Állapottér reprezentációk

Irányítástechnika GÁSPÁR PÉTER. Prof. BOKOR JÓZSEF útmutatásai alapján

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

Irányításelmélet és technika II.

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

Gyártórendszerek irányítási struktúrái

Irányítástechnika II. előadásvázlat

pont) Írja fel M struktúrában a parametrikus bizonytalansággal jellemzett

Irányításelmélet és technika II.

Irányítástechnika II. Nem hivatalos vizsga beugró kérdéssor kidolgozás

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

Irányítástechnika 2. előadás

Inverz inga irányítása állapot-visszacsatolással

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

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

LTI Rendszerek Dinamikus Analízise és Szabályozásának Alapjai

Segédlet a gyakorlati tananyaghoz GEVAU141B, GEVAU188B c. tantárgyakból

Állapottér modellek tulajdonságai PTE PMMK MI BSc 1

3. előadás Stabilitás

Soros felépítésű folytonos PID szabályozó

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

IRÁNYÍTÁSTECHNIKA II.

Hurokegyenlet alakja, ha az áram irányával megegyező feszültségeséseket tekintjük pozitívnak:

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

Tartalom. Soros kompenzátor tervezése 1. Tervezési célok 2. Tervezés felnyitott hurokban 3. Elemzés zárt hurokban 4. Demonstrációs példák

L-transzformáltja: G(s) = L{g(t)}.

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

Inverz inga állapot-visszacsatolás tervezés Matlab segédlet

Infobionika ROBOTIKA. XI. Előadás. Robot manipulátorok III. Differenciális kinematika. Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében

Számítógép-vezérelt szabályozás- és irányításelmélet

Digitális jelfeldolgozás

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. Házi Feladat. Neptun: SLZ0UE Dátum: december 7.

MODELLEK ÉS ALGORITMUSOK ELŐADÁS

Dinamikus modellek szerkezete, SDG modellek

"Flat" rendszerek. definíciók, példák, alkalmazások

Eddig csak a polinom x-ben felvett értékét kerestük

Számítógépes gyakorlat MATLAB, Control System Toolbox

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 5. DC MOTOROK SZABÁLYOZÁS FORDULATSZÁM- SZABÁLYOZÁS

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 =

Nemkonvex kvadratikus egyenlőtlenségrendszerek pontos dualitással

Négypólusok tárgyalása Laplace transzformációval

Gauss-Jordan módszer Legkisebb négyzetek módszere, egyenes LNM, polinom LNM, függvény. Lineáris algebra numerikus módszerei

Modellek és Algoritmusok - 2.ZH Elmélet

Differenciálegyenletek numerikus megoldása

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

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

Haszongépj. Németh. Huba. és s Fejlesztési Budapest. Kutatási. Knorr-Bremse November 17. Knorr-Bremse

Mátrix-exponens, Laplace transzformáció

Szabályozás Irányítástechnika PE MIK MI BSc 1

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


Irányítástechnika (BMEGERIA35I) SOROS KOMPENZÁCIÓ. 2010/11/1. félév. Dr. Aradi Petra

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

SZABÁLYOZÁSI KÖRÖK 2.

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

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

( ) abszolút érték függvényét!

VIK A2 Matematika - BOSCH, Hatvan, 3. Gyakorlati anyag. Mátrix rangja

Irányítástechnika GÁSPÁR PÉTER. Prof. BOKOR JÓZSEF útmutatásai alapján

Alap-ötlet: Karl Friedrich Gauss ( ) valószínűségszámítási háttér: Andrej Markov ( )

Sztojka Miroszláv LINEÁRIS ALGEBRA Egyetemi jegyzet Ungvár 2013

1. zárthelyi,

Ljapunov-függvényen alapuló szabályozótervezési módszerek nemlineáris rendszerekre. Bokányi Ágnes

Bevezetés az algebrába 2 Differencia- és differenciálegyenlet-rendszerek

Differenciálegyenlet rendszerek

1.7. Elsőrendű lineáris differenciálegyenlet-rendszerek

Számítógépes gyakorlat MATLAB, Control System Toolbox

Irányításelmélet és technika I.

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

Digitális jelfeldolgozás

Totális Unimodularitás és LP dualitás. Tapolcai János

Irányításelmélet és technika I.

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)

Feladatok Differenciálegyenletek II. témakörhöz. 1. Határozzuk meg a következő elsőrendű lineáris differenciálegyenletek általános megoldását!

Matematika A3 1. ZH+megoldás

Digitális jelfeldolgozás

DIFFERENCIAEGYENLETEK

Gépészeti rendszertechnika (NGB_KV002_1)

Az egységugrás függvény a 0 időpillanatot követően 10 nagyságú jelet ad, valamint K=2. Vizsgáljuk meg a kimenetet:

OPPONENSI VÉLEMÉNY. Szabó Zoltán. Kapcsolt és LPV rendszerek irányítása geometriai megközelítésben. című MTA doktori értekezésének vitájához

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

Bevezetés. Rendszer- és irányításelmélet

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

Lineáris rendszerek stabilitása

Differenciálegyenletek gyakorlat december 5.

7. feladatsor: Laplace-transzformáció (megoldás)

Bevezetés az algebrába 2

Intelligens Rendszerek Gyakorlata. Neurális hálózatok I.

RENDSZEREK ÉS IRÁNYÍTÁSUK A HÁZTARTÁSBAN EGY FŐZÉSI PÉLDÁN. Prof. Katalin Hangos. MTA SZTAKI Számítástechnikai és Automatizálási Kutatóintézet

Lagrange egyenletek. Úgy a virtuális munka mint a D Alembert-elv gyakorlati alkalmazását

8. DINAMIKAI RENDSZEREK

1. feladatsor: Vektorterek, lineáris kombináció, mátrixok, determináns (megoldás)

Átírás:

Irányításelmélet és technika I Folytonos idejű rendszerek leírása az állapottérben Állapotvisszacsatolást alkalmazó szabályozási körök Magyar Attila Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék amagyar@almosveinhu 2010 május 7

Irányítható kanonikus alak A állapotegyenletek irányítható (controllability) kanonikus alakja a 1 a n 1 a n 1 1 0 0 ẋ(t) = x(t) + 0 u(t) 0 1 0 0 y(t) = [ b 1 b 2 b n ] x(t) Mindegyik állapotváltozó (x n kivételével) a hatásirányban következő állapotváltozó deriváltja Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 2 / 16

Megfigyelhető kanonikus alak A állapotegyenletek megfigyelhető (observability) kanonikus alakja a 1 1 0 b 1 ẋ(t) = a n 1 0 1 x(t) + b n 1 u(t) a n 0 0 b n y(t) = [ 1 0 0 ] x(t) Az x 1 állapot maga a kimenőjel, amely valamennyi állapotváltozóra vissza van csatolva Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 3 / 16

Áttekintés 1 Ismétlés 1 Állapotvisszacsatolást alkalmazó szabályozási körök Pólusáthelyezés állapotvisszacsatolással Kétlépcsős tervezési módszer állapotvisszacsatolással Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 4 / 16

Állapotvisszacsatolást alkalmazó szabályozási körök Szabályozandó rendszer lineáris időinvariáns állapotegyenlete x(t) = A x(t) + B u(t) y(t) = C x(t) Az állapottér modellnek megfelelő blokkvázlat Az u-ról y-ra vonatkozó átviteli függvény P(s) = C(sI A) 1 B = B(s) det(si A) = B(s) A(s) Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 5 / 16

Állapotvisszacsatolást alkalmazó szabályozási körök Lineáris állapotvisszacsatolás esetén a bemenet: u = K R r(t) + K x(t) Zárt rendszer lineáris időinvariáns állapotegyenlete x(t) = (A B K) x(t) + K R B r(t) y(t) = C x(t) Az állapottér modellnek megfelelő blokkvázlat Az u-ról y-ra vonatkozó átviteli függvény T ry (s) = Y (s) R(s) = C(sI A) 1 BK R 1 + K(sI A) 1 B Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 6 / 16

Állapotvisszacsatolást alkalmazó szabályozási körök T ry (s) = Y (s) R(s) = C(sI A) 1 BK R 1 + K(sI A) 1 B A zárt rendszer pólusai tervezhetők K-val K R kalibrációs tényező, ennek segítségével lehet beállítani, hogy T ry erősítése 1 legyen (T ry (0) = 1-ből) K R = K A 1 B 1 C A 1 B Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 7 / 16

Pólusáthelyezés állapotvisszacsatolással Pólusáthelyezés állapotvisszacsatolással Alapelv: úgy kell megválasztani a K visszacsatoló vektort, hogy a zárt rendszer karakterisztikus polinomja az előírt R(s) legyen: R(s) = n (s s i ) = s n +r 1 s n 1 + +r n 1 s +r n = det(si A+B K) i=1 A feladat megoldható, ha a rendszer irányítható Irányíthatósági kanonikus alakot feltételezve a 1 a n 1 a n 1 0 0 ẋ(t) = x(t) + 0 1 0 y(t) = [ b 1 b 2 b n ] x(t) = C C x 1 0 0 u(t) = A C x B C u Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 8 / 16

Pólusáthelyezés állapotvisszacsatolással Pólusáthelyezés állapotvisszacsatolással A megoldandó tervezési egyenlet A C B C K C = a 1 a n 1 a n 1 r 1 r n 1 r n 1 0 0 0 K 1 0 0 C = 0 1 0 0 0 1 0 A megoldás (irányítható kanonikus alakra!) K C = [ ] r 1 a 1 r 2 a 2,, r n a n A kalibrációs tényező értéke K R = a n + (r n a n ) = r n b n b n A zárt rendszer átvitelil függvénye T ry = K RB(s) R(s) Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 9 / 16

Pólusáthelyezés állapotvisszacsatolással Pólusáthelyezés állapotvisszacsatolással A megoldás nem irányíthatósági kanonikus alakban levő rendszer esetében bonyolultabb Bass-Gura algoritmussal K = K C T C = K C M C C M 1 C ahol T C = M C C M 1 az irányíthatósági kanonikus alakra hozó C transzformációs mátrix Ackermann módszerrel A kalibrációs tényező értéke K = B T C M 1 C R(A) K R = K A 1 B 1 C A 1 B Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 10 / 16

Az állapotvisszacsatoláshoz szükség van a rendszer állapotának értékére, ami többnyire nem mérhető állapotbecslő, vagy megfigyelő Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 11 / 16

Az állapotvisszacsatolás alakja u(t) = K R r(t) K ˆx Belátható, hogy a zárt rendszer átviteli függvénye megegyezik a megfigyelő nélküli visszacsatolt rendszerével K R P(s) T ry (s) 1 + K(sI A) 1 B = K RB(s) R(r) A megfigyelő akkor jó, ha az x = x ˆx állapothiba dinamikája stabil x = (A L C) x (ẋ = (A B K)x)!!! Előírt karakterisztikus polinom det(si A + L C) = F(s) = s n + f 1 s n 1 + + f n 1 s + f n Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 12 / 16

A megoldandó tervezési egyenlet A O L O C O = T a 1 1 0 1 f 1 1 0 a n 1 0 1 L 0 O = f n 1 0 1 a n 0 0 0 f n 0 0 A megoldás, ami gerentálja az előírt pólusokat (megfigyelhető kanonikus alakra!) L O = [ ] T f 1 a 1 f 2 a 2,, f n a n Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 13 / 16

A megoldás nem megfigyelhetőségi kanonikus alakban levő rendszer esetében bonyolultabb L = (T O ) 1 K C = M 1 O MO O L O ahol T O = (M O O ) 1 M O a megfigyelhetőségi kanonikus alakra hozó transzformációs mátrix Dualitás az állapotvisszacsatolás és a megfigyelő tervezési módszerek között: A A T, B C T, K L T, M C C (MO O )T A rendszer és az állapothiba együttes dinamikája [ ] [ ] [ ẋ A B K B K x = x 0 A L C x ] + [ KR B 0 ] r Karakterisztikus egyenlete: R(s) F(s) Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 14 / 16

Kétlépcsős tervezési módszer állapotvisszacsatolással Kétlépcsős tervezési módszer állapotvisszacsatolással Állapotvisszacsatolás előnyei a módszer stabil és instabil rendszerekre is működik robusztus módszer (nem érzékeny a paraméterek pontos ismeretére) Állapotvisszacsatolás hátrányai a maradék hibát a kalibrációs tényezővel tudjuk kikűszöbölni zérusokat nem tudjuk megváltoztatni zavarelhárítás nem tervezhető közvetlenül Megoldás: további szabályozási lépcső, kaszkád integráló szabályozó Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 15 / 16

Kétlépcsős tervezési módszer állapotvisszacsatolással Kétlépcsős tervezési módszer állapotvisszacsatolással Új állapotváltozó: δ(t) = r(τ) y(τ)dτ - a hibajel integrálja A zárt rendszer állapotegyenlete [ ] [ ] [ ẋ(t) ẋ A 0 x(t) (t) = = δ(t) C 0 δ(t) A bemenet: u(t) = [ K K R ] [ x(t) δ(t) ] [ B + 0 = ( A B K ) x (t) + V r(t) ] [ 0 u(t) + 1 ] r(t) ] t = K x (t) = K R e(τ)dτ K x(t) A tervezés egylépésben a kiegészített rendszerre, a korábban megismert módszerekkel (pl Ackermann) 0 Magyar A (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 május 16 / 16