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

Hasonló dokumentumok
LTI Rendszerek Dinamikus Analízise és Szabályozásának Alapjai

Számítógéppel irányított rendszerek elmélete. Gyakorlat - Mintavételezés, DT-LTI rendszermodellek

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

Irányítástechnika GÁSPÁR PÉTER. Prof. BOKOR JÓZSEF útmutatásai alapján

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

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

Gyártórendszerek irányítási struktúrái

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

Tartalom. Állapottér reprezentációk tulajdonságai stabilitás irányíthatóság megfigyelhetőség minimalitás

Állapottér modellek tulajdonságai PTE PMMK MI BSc 1

Dinamikus modellek szerkezete, SDG modellek

Bevezetés az állapottér elméletbe: Állapottér reprezentációk

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

Bevezetés az állapottér-elméletbe Dinamikus rendszerek állapottér reprezentációi

Irányításelmélet és technika I.

Kalman-féle rendszermodell Méréselmélet PE MIK MI, VI BSc 1

"Flat" rendszerek. definíciók, példák, alkalmazások

3. előadás Stabilitás

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

Számítógép-vezérelt szabályozás- és irányításelmélet

Dinamikus rendszerek paramétereinek BAYES BECSLÉSE. Hangos Katalin VE Számítástudomány Alkalmazása Tanszék

Lagrange és Hamilton mechanika

1.1 Számítógéppel irányított rendszerek

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

Számítógépvezérelt szabályozások elmélete

Irányítástechnika 2. előadás

IRÁNYÍTÁSTECHNIKA II.

Irányításelmélet és technika II.

Fourier térbeli analízis, inverz probléma. Orvosi képdiagnosztika 5-7. ea ősz

Bevezetés az algebrába 2 Vektor- és mátrixnorma

Jelek és rendszerek - 12.előadás

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Mátrix-exponens, Laplace transzformáció

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

Differenciálegyenlet rendszerek

Számítógépes gyakorlat MATLAB, Control System Toolbox

12. előadás - Markov-láncok I.

Diszkrét idej rendszerek analízise az id tartományban

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

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

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

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

Modellek és Algoritmusok - 2.ZH Elmélet

Jelek és rendszerek MEMO_03. Pletl. Belépő jelek. Jelek deriváltja MEMO_03

Méréselmélet példatár

Méréselmélet példatár

Lineáris algebra Gyakorló feladatok

Digitális jelfeldolgozás

ANALÍZIS III. ELMÉLETI KÉRDÉSEK

Bevezetés az algebrába 2 Differencia- és differenciálegyenlet-rendszerek

Jelek és rendszerek - 1.előadás

pont) Írja fel M struktúrában a parametrikus bizonytalansággal jellemzett

Soros felépítésű folytonos PID szabályozó

Irányításelmélet és technika II.

KIBERNETIKA. egyetemi jegyzet. dr. Gerzson Miklós Nagyváradi Anett. Pécsi Tudományegyetem Pollack Mihály Műszaki Főiskolai Kar

1. feladatsor Komplex számok

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

Diszkrét matematika II., 8. előadás. Vektorterek

Számítógéppel irányított rendszerek elmélete. A rendszer- és irányításelmélet legfontosabb részterületei. Hangos Katalin. Budapest

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

Funkcionálanalízis. Gyakorló feladatok március 22. Metrikus tér, normált tér és skalárszorzat tér

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 12. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április / 35

Jelek és rendszerek 1. 10/9/2011 Dr. Buchman Attila Informatikai Rendszerek és Hálózatok Tanszék

Jelfeldolgozás - ANTAL Margit. impulzusválasz. tulajdonságai. Rendszerek. ANTAL Margit. Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem

A vegetatív működés modelljei

Analízis. 1. fejezet Normált-, Banach- és Hilbert-terek. 1. Definíció. (K n,, ) vektortér, ha X, Y, Z K n és a, b K esetén

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 3. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április 3. 1 / 28

Felvételi vizsga. BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

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

(x + 1) sh x) (x 2 4) = cos(x 2 ) 2x, e cos x = e

17. előadás: Vektorok a térben

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

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

Fourier transzformáció

MODELLEK ÉS ALGORITMUSOK ELŐADÁS

1. Absztrakt terek 1. (x, y) x + y X és (λ, x) λx X. műveletek értelmezve vannak, és amelyekre teljesülnek a következő axiómák:

1.7. Elsőrendű lineáris differenciálegyenlet-rendszerek

Kuczmann Miklós. Jelek és rendszerek

Matematika III előadás

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

Optimalizálási eljárások GYAKORLAT, MSc hallgatók számára. Analízis R d -ben

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

VEKTORTEREK I. VEKTORTÉR, ALTÉR, GENERÁTORRENDSZER október 15. Irodalom. További ajánlott feladatok

Mintavétel: szorzás az idő tartományban

1.1. Vektorok és operátorok mátrix formában

Irányítástechnika II. előadásvázlat

Vektorterek. Több esetben találkozhattunk olyan struktúrával, ahol az. szabadvektorok esetében, vagy a függvények körében, vagy a. vektortér fogalma.

Ellenőrző kérdések a Jelanalízis és Jelfeldolgozás témakörökhöz

Numerikus módszerek 1.

Fourier sorok február 19.


Felvételi vizsga. BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar június 8.

Segédlet a gyakorlati tananyaghoz GEVAU141B, GEVAU188B c. tantárgyakból

1.A matematikai mintavételezés T mintavételi idővel felfogható modulációs eljárásnak, ahol a hordozó jel

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

Bevezetés az algebrába 2

Gyártórendszerek Dinamikája. Gyártórendszerek jellemzése és szerkezete Gyártórendszerekkel kapcsolatos mérnöki feladatok

Átírás:

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 9. el?adás Szederkényi Gábor Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Kar e-mail: szederkenyi@itk.ppke.hu PPKE-ITK, 2013. május 2. Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 1 / 17

Mintavételezés u(t k ) u(t) y(t) y(t k ) D/A A/D discrete time S continuous time Control Algorithm Clock Computer Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 2 / 17

Mintavételezés nulladrendű tartóval A D/A átalakító működése u(k) t 0 t 1 t 2 t 3 Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 3 / 17

CT-LTI rendszerek mintavételezése Adott: ẋ = Ax + Bu y = Cx + Du u mintavételezése nulladrendű tartóval u(τ) = u(t k ) = u(k), t k τ < t k+1 Ekvidisztáns (periodikus) mintavételezés: t k+1 t k = h = const Kiszámítandó: a mintavételezett (diszkrét idejű) rendszer állapottér-modellje Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 4 / 17

Mintavételezett állapotegyenletek - 1 A folytonos idejű állapotegyenlet megoldása t x(t) = e A(t t0) x(t 0 )+ e A(t τ) Bu(τ)dτ t 0 Helyettesítés: t = t k+1 és t 0 = t k tk+1 x(t k+1 ) = e A(t k+1 t k ) x(t k )+ e A(tk+1 τ) Bu(τ)dτ t k periodikus mintavételezés és θ = τ t k, t k+1 τ = h θ x(k + 1) = e Ah x(k)+ h 0 ea(h θ) Bu(k)dθ = x(k + 1) = e Ah x(k)+e Ah h 0 e Aθ dθbu(k) Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 5 / 17

Mintavételezett állapotegyenletek - 2 és h x(k + 1) = e Ah x(k)+e Ah e Aθ dθbu(k) h 0 Diszkrét idejű állapotegyenletek e Aθ dθ = [ A 1 e Aθ ] h 0 = A 1 (I e Ah ) x(k + 1) = e Ah x(k)+a 1 (e Ah I)Bu(k) DT-LTI állapotegyenletek mintavételezett rendszerekhez x(k + 1) = Φx(k)+Γu(k) Φ = e Ah = I + Ah+..., Γ = A 1 (e Ah I)B = (Ih+ Ah2 2! +...)B 0 Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 6 / 17

DT-LTI állapottér modellek x(k + 1) = Φx(k) + Γu(k) y(k) = Cx(k) + Du(k) adott x(0) kezdeti feltétellel és állapotegyenlet kimeneti egyenlet x(k) R n, y(k) R p, u(k) R r véges dimenziós vektorok és Φ R n n, Γ R n r, C R p n, D R p r mátrixok Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 7 / 17

DT állapotegyenletek megoldása x(1) = Φx(0)+Γu(0) x(2) = Φx(1)+Γu(1) = Φ 2 x(0)+φγu(0)+γu(1) x(3) = Φx(2)+Γu(2) = Φ 3 x(0)+φ 2 Γu(0)+ΦΓu(1)+Γu(2).... x(k) = Φx(k 1)+Γu(k 1) = Φ k x(0)+ k 1 j=0 Φk j 1 Γu(j) Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 8 / 17

DT-LTI I/O rendszermodellek 1 Impulzusválasz-függvény: I/O modell SISO rendszerekhez U = [u(0) u(1)...u(n 1)] T, Y = [y(0) y(1)...y(n 1)] T Általános lineáris modell Y = HU + Y p ahol H n n-es mátrix, és Y p tartalmazza a kezdeti feltételeket. Kauzális rendszerek esetén H alsóháromszög y(k) = k h(k,j)u(j)+y p (k) j=0 ahol h(k, j) az impulzusválasz-függvény Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 9 / 17

DT-LTI I/O rendszermodellek 2 LTI modellek impulzusválasz-függvénye: h(k, j) = h(k j) Az állapotegyenlet megoldásából D = 0-ra: x(k) = Φx(k 1)+Γu(k 1) = Φ k x(0)+ k 1 j=0 Φk j 1 Γu(j) y(k) = Cx(k) = CΦ k x(0)+ k 1 j=0 CΦk j 1 Γu(j) { h(k) = A súlyfüggvény diszkrét idejű megfelelője. 0 k < 1 CΦ k 1 Γ k 1 Diszkrét idejű Markov paraméterek: CΦ k 1 Γ Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 10 / 17

Diszkrét idejű jelek f = {f(k),k = 0,1,...} skalár értékű diszkrét idejű jelek jelnormái a végtelen norma a 2-es norma f = sup f(k) k f 2 2 = k= f 2 (k) Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 11 / 17

Eltolási operátorok Definíció: előre való eltolási operátor: q amely a következő műveletet végzi egy diszkrét idejű jellel: qf(k) = f(k + 1) (1) Definíció: hátrafelé való eltolási operátor (késleltetés): q 1 amely a következő műveletet végzi: q 1 f(k) = f(k 1) (2) q Operátor X vektortéren értelmezett. norma által indukált normája: q(x) q = sup x =1 x Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 12 / 17

DT-LTI I/O rendszermodellek 3 Diszkrét differenciaegyenlet modellek: SISO rendszerekhez Előrefelé vett differenciákkal y(k + n a)+a 1y(k + n a 1)+...+a na y(k) = b 0u(k + n b )+...+b nb u(k) ahol n a n b (proper). Tömörebb forma A(q)y(k) = B(q)u(k), A(q) = q na +a 1q na 1 +...+a na, B(q) = b 0q n b+b 1q n b 1 +...+b nb Hátrafelé vett differenciákkal y(k)+a 1y(k 1)+...+a na y(k n a) = b 0u(k d)+...+b nb u(k d n b ) ahol d = n a n b > 0 az időkésleltetés. Tömörebb forma A (q 1 )y(k) = B (q 1 )u(k d), A (q 1 ) = q na A(q 1 ) Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 13 / 17

DT-LTI I/O rendszermodellek 4 Impulzusátviteli operátor A DT-LTI állapottér modellből számolva x(k + 1) = Φx(k)+Γu(k), y(k) = Cx(k)+Du(k) x(k + 1) = qx(k) = Φx(k)+Γu(k) x(k) = (qi Φ) 1 Γu(k) y(k) = Cx(k)+Du(k) = [C(qI Φ) 1 Γ+D]u(k) (Φ, Γ, C, D) ÁTM-hez tartozó impulzusátviteli operátor H(s) : H(q) = C(qI Φ) 1 Γ+D Az átviteli függvény diszkrét idejű megfelelője. Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 14 / 17

DT-LTI I/O rendszermodellek 5 Impulzusátviteli operátor: a SISO eset H(q) = C(qI Φ) 1 Γ+D = B(q) A(q), deg B(q) < deg A(q) = n ahol A(q) a Φ mátrix karakterisztikus polinomja. Kapcsolat a diszkrét differenciaegyenlettel y(k)+a 1 y(k 1)+...+a n y(k n) = b 1 u(k 1)+...+b n u(k n) Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 15 / 17

DT-LTI rendszerek pólusai 1 folytonos idő diszkrét idő állapot egy. ẋ(t) = Ax(t)+Bu(t) x(kh+h) = Φx(kh)+Γu(kh) Φ = e Ah kimeneti egy. y(t) = Cx(t) y(kh) = Cx(kh) pólusok λ i (A) λ i (Φ) λ i (Φ) = e λ i(a)h Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 16 / 17

DT-LTI rendszerek pólusai 2 S-plane Z-plane Im s Im z 3Π h Π h Re s 1 Re z Π h 3Π h Szederkényi G. (PPKE) Computer Controlled Systems PPKE-ITK 17 / 17