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

Hasonló dokumentumok
Kalman-féle rendszer definíció

Méréselmélet példatár

Méréselmélet példatár

Állapottér modellek tulajdonságai PTE PMMK MI BSc 1

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

Tartalom. Állapottér reprezentációk tulajdonságai stabilitás irányíthatóság megfigyelhetőség minimalitás

Irányítástechnika GÁSPÁR PÉTER. Prof. BOKOR JÓZSEF útmutatásai alapján

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

Dinamikus modellek szerkezete, SDG modellek

Írta: GERZSON MIKLÓS MÉRÉSELMÉLET. Egyetemi tananyag

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

Kétváltozós függvények ábrázolása síkmetszetek képzése által

Bevezetés az állapottér-elméletbe Dinamikus rendszerek állapottér reprezentációi

LTI Rendszerek Dinamikus Analízise és Szabályozásának Alapjai

Logikai hálózatok. Dr. Bede Zsuzsanna St. I. em. 104.

Hiszterézises káoszgenerátor vizsgálata

"Flat" rendszerek. definíciók, példák, alkalmazások

Szabadsugár. A fenti feltételekkel a folyadék áramlását leíró mozgásegyenlet és a kontinuitási egyenlet az alábbi egyszerű alakú: (1) .

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

Kiterjesztések sek szemantikája

Gyártórendszerek irányítási struktúrái

3. előadás Stabilitás

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

Több valószínűségi változó együttes eloszlása, korreláció

Mátrixok 2017 Mátrixok

Teljes függvényvizsgálat példafeladatok

A statika és dinamika alapjai 11,0

Irányítástechnika I. Dr. Bede Zsuzsanna. Összeállította: Dr. Sághi Balázs, egy. docens Dr. Tarnai Géza, egy. tanár

Diszkrét Eseményű Rendszerek Diagnosztikája és Irányítása

Matematika (mesterképzés)

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

1.9. B - SPLINEOK B - SPLINEOK EGZISZTENCIÁJA. numerikus analízis ii. 34. [ a, b] - n legfeljebb n darab gyöke lehet. = r (m 1) n = r m + n 1

Soros felépítésű folytonos PID szabályozó

Automaták mint elfogadók (akceptorok)

A differenciálegyenlet általános megoldása az összes megoldást tartalmazó halmaz.

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

VI. Deriválható függvények tulajdonságai

Infobionika ROBOTIKA. X. Előadás. Robot manipulátorok II. Direkt és inverz kinematika. Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében

Az f függvénynek van határértéke az x = 2 pontban és ez a határérték 3-mal egyenl½o lim f(x) = 3.

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

Lineáris algebra. =0 iє{1,,n}

12. előadás - Markov-láncok I.

Irányításelmélet és technika II.

Bevezetés az állapottér elméletbe: Állapottér reprezentációk

Határérték. Wettl Ferenc el adása alapján és Wettl Ferenc el adása alapján Határérték és

Markov-láncok stacionárius eloszlása

IRÁNYÍTÁSTECHNIKA I.

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

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

Lagrange és Hamilton mechanika

Segédlet a gyakorlati tananyaghoz GEVAU141B, GEVAU188B c. tantárgyakból

l.ch TÖBBVÁLTOZÓS FÜGGVÉNYEK HATÁRÉRTÉKE ÉS DIFFERENCIÁLHATÓSÁGA

Irányítástechnika 4. előadás

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

Előfeltétel: legalább elégséges jegy Diszkrét matematika II. (GEMAK122B) tárgyból

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

Diszkrét matematika II., 8. előadás. Vektorterek

Arató Mátyás, Baran Sándor, Fazekas Gábor. Lineáris dinamikai rendszer négyzetes veszteséggel

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

Kalkulus II., harmadik házi feladat

Irányítástechnika 2. előadás

3. Lokális approximáció elve, végeselem diszkretizáció egydimenziós feladatra

Jelfeldolgozás. Gyakorlat: A tantermi gyakorlatokon való részvétel kötelező! Kollokvium: csak gyakorlati jeggyel!

Idősorok elemzése előadás. Előadó: Dr. Balogh Péter

ODE SOLVER-ek használata a MATLAB-ban

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

folyamatrendszerek modellezése

7. Kétváltozós függvények

Valószínűségi változók. Várható érték és szórás

Függvények határértéke és folytonossága. pontban van határértéke és ez A, ha bármely 0 küszöbszám, hogy ha. lim

Számításelmélet. Második előadás

Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével

1. Lineáris transzformáció

Statisztika I. 13. előadás Idősorok elemzése. Előadó: Dr. Ertsey Imre

Formális módszerek GM_IN003_1 Program verifikálás, formalizmusok

Bevezetés az informatikába

Quadkopter szimulációja LabVIEW környezetben Simulation of a Quadcopter with LabVIEW

1 1 y2 =lnec x. 1 y 2 = A x2, ahol A R tetsz. y =± 1 A x 2 (A R) y = 3 3 2x+1 dx. 1 y dy = ln y = 3 2 ln 2x+1 +C. y =A 2x+1 3/2. 1+y = x.

László István, Fizika A2 (Budapest, 2013) Előadás

Másodfokú függvények

Hadamard-mátrixok Előadó: Hajnal Péter február 23.

17. előadás: Vektorok a térben

x, x R, x rögzített esetén esemény. : ( ) x Valószínűségi Változó: Feltételes valószínűség: Teljes valószínűség Tétele: Bayes Tétel:

Programkonstrukciók A programkonstrukciók programfüggvényei Levezetési szabályok. 6. előadás. Programozás-elmélet. Programozás-elmélet 6.

Boros Zoltán február

Szilárdtestek elektronszerkezete feladatok

Bevezetés az algebrába 2 Vektor- és mátrixnorma

Diszkrét Matematika MSc hallgatók számára. 4. Előadás

Diszkrét Matematika. zöld könyv ): XIII. fejezet: 1583, 1587, 1588, 1590, Matematikai feladatgyűjtemény II. (

1. feladatsor Komplex számok

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Lineáris algebra mérnököknek

Wavelet transzformáció

egyenletesen, és c olyan színű golyót teszünk az urnába, amilyen színűt húztunk. Bizonyítsuk

Differenciálegyenlet rendszerek

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

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

6. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 6. előadás Bázis, dimenzió

1. Alapfogalmak Algoritmus Számítási probléma Specifikáció Algoritmusok futási ideje

= és a kínálati függvény pedig p = 60

Átírás:

alman-féle rendszermodell.4.. Méréselmélet PE MI MI, VI BSc

álmán Rudolf Rudolf Emil alman was born in Budapest, Hungar, on Ma 9, 93. He received the bachelor's degree (S.B.) and the master's degree (S.M.) in electrical engineering, from the Massachusetts Institute of Technolog in 953 and 954 respectivel. He received the doctorate degree (D. Sci.) from Columbia Universit in 957. His major positions include that of Research Mathematician at R.I.A.S. (Research Institute for Advanced Stud) in Baltimore, between 958-964, Professor at Stanford Universit between 964-97, and from 97 to 99 Graduate Research Professor, and Director, at the Center for Mathematical Sstem Theor, Universit of Florida, Gainesville. Moreover, since 973 he has also held the chair for Mathematical Sstem Theor at the ETH (Swiss Federal Institute of Technolog) Zurich. He is the recipient of numerous awards, including the IEEE Medal of Honor (974), the IEEE Centennial Medal (984), the oto Prize in High Technolog from the Inamori foundation, Japan (985), the Steele Prize of the American Mathematical Societ (987), and the Bellman Prize (997). He is a member of the National Academ of Sciences (USA), the National Academ of Engineering (USA), and the American Academ of Arts and Sciences (USA). He is a foreign member of the Hungarian, French, and Russian Academies of Science, and has received man honorar doctorates. He is married to Constantina nee Stavrou, and the have two children, Andrew and Elisabeth. alman-modell/

alman-féle rendszer definíció állapottér definíciók (térbeli) bemenetek rendszer (térbeli) kimenetek (időbeli) bemenetek - kimenetek alman-modell/3

alman-féle rendszer definíció Bevezető fogalmak. Idő T - időhalmaz foltonos diszkrét véges végtelen (egik vag mindkét iránban) alman-modell/4

alman-féle rendszer definíció. Adott a a lehetséges bemeneti értékek halmaza U, u U a lehetséges kimeneti értékek halmaza Y, Y a lehetséges belső állapot értékek halmaza X, x X alman-modell/5

alman-féle rendszer definíció 3. Adott a lehetséges bemenet-időfüggvének halmaza Ω Ω = {ω ω : T U } u (t ) ω a lehetséges kimenet-időfüggvének halmaza Γ Γ = {γ γ : T Y } (t ) γ alman-modell/6

alman-féle rendszer definíció Axiómák. A bemenetek szétvághatósága bemenetszegmens fogalma (t, t ] T időintervallum u(t )/ t (t, t ] u (t ) (t, t ] szétvághatóság t <t <t u (t )=u (t )/ t (t, t ] u (t )=u (t )/ t (t, t ] alman-modell/7

alman-féle rendszer definíció. Az állapot-átmeneti függvén létezése ϕ : T T X Ω X x(t )= ϕ (t, t, x(t ), u (t )/ t (t, t ] ) tulajdonságok. t t -re igaz;. t = t esetén x(t )= x(t ); konzisztencia alman-modell/8

alman-féle rendszer definíció 3. ha t < t <t, akkor x(t )= ϕ (t, t, x(t ), u(t ) (t, t] ) = = ϕ (t, t, x(t ), u(t ) (t, t ] ) ; 4. Egértelműség: ha x(t ) = x (t ) és u(t ) = u (t ) / t (t, t ] akkor x(t ) = x (t ) alman-modell/9

alman-féle rendszer definíció 3. A kiolvasó- (kimenet) függvén létezése η : T X U Y (t )= η (t, x(t ), u (t )) alman-modell/

alman-féle rendszer definíció Rendszerdefiníció: Σ = (T, X, U, Y, Ω, Γ, ϕ, η) ahol T az időhalmaz X a lehetséges belső állapot értékek halmaza U a lehetséges bemeneti értékek halmaza Y a lehetséges kimeneti értékek halmaza Ω a lehetséges bemenet időfüggvének h.-a Γ a lehetséges kimenet időfüggvének h.-a ϕ az állapotátmeneti függvén η a kiolvasó függvén alman-modell/

alman-féle rendszer definíció néhán elnevezés: (t, x t ) - esemén T X eseméntér vag fázistér ϕ állapotátviteli függvén trajektória, pála, folam, megoldás, megoldási görbe alman-modell/

alman-féle rendszer definíció az ω / u(t) bemenet vag beavatkozás a rendszer x(t ) állapotát átviszi vag áttranszformálja a ϕ(t, t, x(t ), u (t ) (t, t] ) állapotba, azaz a rendszer működik ha Ω -nak egetlen eleme van, akkor Σ-t szabadnak nevezzük reverzibilis rendszer, ha az állapot-átmeneti függvén tetszőleges t, t értékekre teljesül alman-modell/3

Rendszerek osztálozása A T időhalmaz alapján: foltonos idejű diszkrét idejű Az X, U, Y halmazok értékei alapján: számszerűek nemszámszerűek Az X állapothalmaz alapján: véges állapotú végtelen állapotú alman-modell/4

Rendszerek osztálozása Az X, U, Y, Ω, Γ halmazok alapján: lineárisak nemlineárisak A ϕ függvén alapján: időinvariáns idővariáns A ϕ, u(t), (t) függvének alapján: determinisztikus - sztochasztikus alman-modell/5

Rendszerek osztálozása A ϕ függvén értékeinek a heltől való függése alapján: véges dimenziós végtelen dimenziós (koncentrált paraméterű elosztott paraméterű) Véges állapotú, diszkrét idejű, időinvariáns rendszerek automaták alman-modell/6

Állapottér modell Az állapottér modell alakjai: az állapot-átmeneti függvén: ϕ : T T X Ω X x(t )= ϕ (t, t, x(t ), u (t )/ t (t, t ] ) a kiolvasó függvén: η : T X U Y (t )= η (t, x(t ), u (t )) alman-modell/7

Állapottér modell Nemlineáris, idővariáns, foltonos idejű rendszer: x& ( t) = f ( t,x( t),u( t) ) ( t) = g( t,x( t),u( t) ) Nemlineáris, időinvariáns, foltonos idejű rendszer: x& ( t) = f ( x( t),u( t) ) ( t) = g( x( t),u( t) ) alman-modell/8

Állapottér modell Lineáris, idővariáns, foltonos idejű állapottér modell: x& ( t) = A( t) x( t) B( t) u( t) ( t ) = C ( t ) x ( t ) D ( t ) u ( t ) az egüttható mátrixok (A, B, C, D) időfüggők! alman-modell/9

Állapottér modell Lineáris, időinvariáns, foltonos idejű állapottér modell: x& ( t) = Ax( t) Bu( t) ( t) = C x( t) Du( t) ahol x a belső állapotok vektora u a bemeneti vektor a kimeneti vektor A az állapotátmeneti mátrix B a bemeneti mátrix C a kimeneti mátrix D a segédmátrix alman-modell/

Állapottér modell A modell elemeinek dimenziója x& = Ax Bu SISO MIMO dim(x) n n dim(u) p dim() r dim(a) n n n n dim(b) n n p dim(c) n r n dim(d) r p x& = Ax bu x& = Ax Bu = Cx Du = c T x du = Cx Du alman-modell/

Állapottér modell az állapottér modell blokkdiagramja D u B x(t ) integral(x) x C A alman-modell/

Állapottér modell Lineáris, időinvariáns diszkrét idejű állapottér modell: x (( k ) T ) = Φ x( kt ) Γ u( kt ) ( kt ) = C x( kt ) ahol x a belső állapotok vektora u a bemeneti vektor a kimeneti vektor T mintavételezési idő k mintavételezés sorszáma Φ az állapotátmeneti mátrix Φ = e AT Γ a bemeneti mátrix C a kimeneti mátrix Γ =A - (e AT -I)B alman-modell/3

Állapottér modell - példa Példa F i v h h v A A F F o ahol A, A az. ill.. tartál alapterülete h, h az. ill.. tartálbeli szintmagasság v, v a szelep ellenállási ténezők F i, F, F o belépő, átfoló, kilépő vízáram alman-modell/4

Állapottér modell - példa a leíró egenletek: tartálbeli belépő kilépő menniség = áram - áram megváltozása. tartál. tartál A h& A h& = = F i v v ( h h ) ( h h ) h v alman-modell/5

Állapottér modell - példa legen a két állapotváltozó h és h x vektor elemei a bemenő változó F i u (eg bemenet) a kimenő változó F (eg kimenet) az egenletek átalakítása után: alman-modell/6 az egenletek átalakítása után: ( ) ( ) h h F h A A h A h F A h h A h v v v v i v = = = & &

Állapottér modell - példa ebből az állapottér modell: i A A A A A F h h h h v v v v v v v = & & alman-modell/7 = A x B u = C x D u = h h F v v x&

I/O modell Rendszerdefiníció: Σ = (T, X, U, Y, Ω, Γ, ϕ, η) hagjuk el az állapotra vonatkozó elemeket vezessük be az A indexhalmazt és az F függvéncsaládot: F = {f α f α : T Ω Y, α A} F eges tagjai: (t) = f α (t, u(t)) ahol az (t) az u(t) bemenetből a t időpillanatban kapott eredmén az α kísérlet esetében alman-modell/8

I/O modell az függvéneket input/output (bemenet/kimenet) függvéneknek nevezzük, melekre igaz: (az idő irána) létezik az ι: A T leképezés úg, hog f α (t, u(t)) definiált t ι(α) -ra (okozatiság) Legen τ, t T és τ < t. Ha u(t),u (t) Ω és u(t) (τ, t] = u (t) (τ, t] akkor f α (t, u(t)) = f α (t, u (t)) α-ra úg, hog τ = ι(α) alman-modell/9

I/O modell Bemenet-kimenet modell definíciója Σ I/O = (T, U, Y, Ω, Γ, F) a dinamikus bemenet/kimenet modellek a kísérleti adatok összefoglalásai az α absztrakt paraméterrel megcímkézett kísérletek eg alkalmazott bemenetből (ω vag u(t)) és eg megfigelt kimenetből ((t)) állnak. alman-modell/3

I/O modell A bemenet-kimenet modell alakjai: általános alak: (t) = F(u(τ), t τ t) (t ) dinamikus rendszerek esetén ez az általános alak átírható differenciálegenletté: f ((t), (t) (),, (t) (n), u(t), u(t) (),, u(t) (m), t) = alman-modell/3

I/O modell Lineáris, időinvariáns, foltonos idejű bemenetkimenet modell: a ( n) ( n) ( ) ( m) a a a = bmu b n n u ahol u a bemenő jel a kimenő jel a n,,a,b m,,b paraméterek alman-modell/3

I/O modell Lineáris, idővariáns, foltonos idejű bemenetkimenet modell: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) t u t b t u t b t t a t t a t t a t t a m m n n n n = = alman-modell/33 az egütthatók (a n,,a,b m,,b ) időfüggők! ( ) ( ) ( ) ( ) t u t b t u t b m =

I/O modell Diszkrét időtartomán differenciaegenlet modell előrefelé vett differenciák ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) kt u d m T k u d kt c T k c T n k c T n k c m n n = = alman-modell/34 visszafelé vett differenciák m ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) m T d k u d T d k u d T d k u d T n k c T n k c T k c kt c m n n = =