Tartalom. Robusztus stabilitás Additív hibastruktúra Multiplikatív hibastruktúra

Hasonló dokumentumok
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)}.

Irányítástechnika GÁSPÁR PÉTER. Prof. BOKOR JÓZSEF útmutatásai alapján

Irányítástechnika II. Nem hivatalos vizsga beugró kérdéssor kidolgozás

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

A valós számok halmaza

pont) Írja fel M struktúrában a parametrikus bizonytalansággal jellemzett

Irányítástechnika GÁSPÁR PÉTER. Prof. BOKOR JÓZSEF útmutatásai alapján

SZABÁLYOZÁSI KÖRÖK 2.

Gépészeti rendszertechnika (NGB_KV002_1)

Irányítástechnika II. előadásvázlat

Számítógépes gyakorlat Irányítási rendszerek szintézise

Alaptagok Nyquist- és Bode-diagramjai

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

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

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

Dr. Gyurcsek István. Példafeladatok. Helygörbék Bode-diagramok HELYGÖRBÉK, BODE-DIAGRAMOK DR. GYURCSEK ISTVÁN

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Lineáris rendszerek stabilitása

1. Fejezet. Visszacsatolt erősítők. Elektronika 2 (BMEVIMIA027)

Soros felépítésű folytonos PID szabályozó

Függvények növekedési korlátainak jellemzése

RENDSZERTECHNIKA 8. GYAKORLAT

Alaptagok Nyquist és Bode diagramjai

Rendszervizsgálat frekvencia tartományban

Szabályozás Irányítástechnika PE MIK MI BSc 1

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

Irányítástechnika Elıadás. Zárt szabályozási körök stabilitása

Adatok: R B1 = 100 kω R B2 = 47 kω. R 2 = 33 kω. R E = 1,5 kω. R t = 3 kω. h 22E = 50 MΩ -1

Analízis előadás és gyakorlat vázlat

MINTA Írásbeli Záróvizsga Mechatronikai mérnök MSc. Debrecen,

Diszkrét matematika 2. estis képzés

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Automatizált frekvenciaátviteli mérőrendszer

17/1. Négypólusok átviteli függvényének ábrázolása. Nyquist diagram.

ALAPFOGALMIKÉRDÉSEK VILLAMOSSÁGTANBÓL 1. EGYENÁRAM

Diszkrét matematika I.

Minta Írásbeli Záróvizsga és BSc felvételi kérdések Mechatronikai mérnök

DISZKRÉT MATEMATIKA RENDEZETT HALMAZOKKAL KAPCSOLATOS PÉLDÁK. Rendezett halmaz. (a, b) R a R b 1. Reflexív 2. Antiszimmetrikus 3.

2. Rekurzió. = 2P2(n,n) 2 < 2P2(n,n) 1

II. Zárthelyi feladat (1) Automatika c. tárgyból. 2. Rajzoljon le egy-egy 3 bites szinkron illetve aszinkron számlálót ütemdiagramjával együtt

BOOLE ALGEBRA Logika: A konjunkció és diszjunkció tulajdonságai

Segédlet a gyakorlati tananyaghoz GEVAU141B, GEVAU188B c. tantárgyakból

FOLYAMATIRÁNYÍTÁSI RENDSZEREK

f(x) a (x x 0 )-t használjuk.

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

1. előadás. Lineáris algebra numerikus módszerei. Hibaszámítás Számábrázolás Kerekítés, levágás Klasszikus hibaanalízis Abszolút hiba Relatív hiba

Számítógépes gyakorlat MATLAB, Control System Toolbox

Elektromechanikai rendszerek szimulációja

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

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

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

Milyen elvi mérési és számítási módszerrel lehet a Thevenin helyettesítő kép elemeit meghatározni?

Analízis I. Vizsgatételsor

ELEKTRONIKA I. (KAUEL11OLK)

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

Dr. Kalló Noémi. Termelés- és szolgáltatásmenedzsment. egyetemi adjunktus Menedzsment és Vállalatgazdaságtan Tanszék. Dr.

Analízis I. beugró vizsgakérdések

GÁZTURBINÁK ÜZEME ÉS KARBANTARTÁSA. Gőz Gázturbinák Gyakorlati Alkalmazásai

A sorozat fogalma. függvényeket sorozatoknak nevezzük. Amennyiben az értékkészlet. az értékkészlet a komplex számok halmaza, akkor komplex

19. AZ ÖSSZEHASONLÍTÁSOS RENDEZÉSEK MŰVELETIGÉNYÉNEK ALSÓ KORLÁTJAI

Numerikus módszerek 1.

út hosszát. Ha a két várost nem köti össze út, akkor legyen c ij = W, ahol W már az előzőekben is alkalmazott megfelelően nagy szám.

Diszkrét matematika I.

milyen mennyiségeket jelölnek a Bode diagram tengelyei? csoportosítsa a determinisztikus jeleket!

Mérhetőség, σ-algebrák, Lebesgue Stieltjes-integrál, véletlen változók és eloszlásfüggvényeik

Minden mérésre vonatkozó minimumkérdések

Jelgenerátorok ELEKTRONIKA_2

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA KÖZLEKEDÉSAUTOMATIKAI ISMERETEK EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ A MINTAFELADATOKHOZ

Folyamatirányítás. Számítási gyakorlatok. Gyakorlaton megoldandó feladatok. Készítette: Dr. Farkas Tivadar

Tartalom. Állapottér reprezentációk tulajdonságai stabilitás irányíthatóság megfigyelhetőség minimalitás

A fontosabb definíciók

Termelés- és szolgáltatásmenedzsment

SZÁMÍTÁSTUDOMÁNY ALAPJAI

Közgazdaságtan alapjai. Dr. Karajz Sándor Gazdaságelméleti Intézet

1. Alapfogalmak Algoritmus Számítási probléma Specifikáció Algoritmusok futási ideje

Irányítástechnika. II. rész. Dr. Turóczi Antal

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

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Történeti Áttekintés

Minden x > 0 és y 0 valós számpárhoz létezik olyan n természetes szám, hogy y nx.

Danfoss Kft. Távhőtechnikai, Ipari és HVAC Divízió

Algoritmusok Tervezése. 6. Előadás Algoritmusok 101 Dr. Bécsi Tamás

Feladatgy jtemény az Irányítástechnika II. c. tárgyhoz

Nagyságrendek. Kiegészítő anyag az Algoritmuselmélet tárgyhoz. Friedl Katalin BME SZIT február 1.

Fraktálok. Hausdorff távolság. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék március 14.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

egyenlőtlenségnek kell teljesülnie.

3. Venn-diagrammok használata nélkül bizonyítsuk be az alábbi összefüggéseket!

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé.

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 28.

Makroökonómia (G-Kar és HR) gyakorló feladatok az 1. és 2. szemináriumra

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

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

u ki ) = 2 x 100 k = 1,96 k (g 22 = 0 esetén: 2 k)

Szimmetrikus bemenetű erősítők működésének tanulmányozása, áramköri paramétereinek vizsgálata.

Explicit hibabecslés Maxwell-egyenletek numerikus megoldásához

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III. 28.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Átírás:

Tartalom Robusztus stabilitás Additív hibastruktúra Multiplikatív hibastruktúra 2015 1

Robusztus stabilitás Szabályozási rendszer tervezésének gyakorlati problémája az, hogy az aktuális rendszer G(s) átviteli függvényének pontos alakja nem ismert, s emiatt helyette annak közelítő, ún. névleges (nominális) G N (s) modelljét kell felhasználni. Ekkor a C(s) szabályozót a névleges modell alapján kell megtervezni úgy, hogy az ne csak a névleges modell, hanem az aktuális rendszer stabilitását is garantálja. Ezt robusztus stabilitásnak nevezzük. 2015 2

Robusztus stabilitás D(s) R(s) E(s) C(s) U(s) G(s) Y (s) R(s) E(s) C(s) U(s) GN (s) D(s) Y (s) 2015 3

Robusztus stabilitás A modell és a rendszer közötti hiba meghatározására általános megoldás nincs, különböző szerkezetű lehetőségek közül az additív, illetve a multiplikatív hibastruktúra a legismertebb. A névleges modell felhasználásával szabályozott rendszer G HN (s) hurokátviteli függvénye a következő : G HN (s) = C(s)G N (s), 2015 4

Robusztus stabilitás míg a kompenzált aktuális rendszer G H (s) átviteli függvénye: G H (s) = C(s)G(s), ahol C(s) a soros kompenzátor átviteli függvényét reprezentálja. 2015 5

Additív hibastruktúra 1. Definíció: Additív hibastruktúra A G(s) aktuális rendszer és a G N (s) névleges rendszer közötti eltérést additív hibastruktúrájúnak nevezzük, ha a következő összefüggés teljesül: G(s) = G N (s) + A (s), ahol A (s) az additív hiba átviteli függvénye. 2015 6

Additív hibastruktúra G(s) A (s) U(s) Y (s) G N (s) 2015 7

Additív hibastruktúra Az additív hibastruktúrában a A (iω) hibafüggvény ismeretlen ugyan, de abszolút értékére a gyakorlati problémákban ismert felső határ adható meg: A (iω) < d A (ω). Tegyük fel, hogy a G HN (s) kompenzált névleges rendszer stabilis. Vizsgáljuk meg, hogy a G H (s) aktuális rendszer stabilitásához milyen feltételnek kell teljesülnie! 2015 8

Additív robusztussági teszt 1. Állítás Legyen G N (s) az ismert névleges modell, amelyet a tervezett C(s) soros kompenzátor stabilizál. Tegyük fel, hogy a névleges modell és az aktuális rendszer közötti additív hiba felső korlátját a teljes ω frekvenciatartományban ismerjük. 2015 9

Additív robusztussági teszt Ekkor a névleges modellre tervezett szabályozó az aktuális rendszer stabilitását is biztosítja, ha a következő feltétel teljesül: 1 d A (ω) > C(iω) 1 + G HN (iω) Ez a robusztus stabilitás feltétele additív hibastruktúra esetén. 2015 10

Additív robusztussági teszt 1. Bizonyítás G H (iω) = C(iω)(G N (iω) + A (iω)) G H (iω) = C(iω)G N (iω) +C(iω) A (iω) G H (iω) G HN (iω) = C(iω) A (iω) De csak a d A (ω) A (iω) felső korlát ismert, így: G H (iω) G HN (iω) C(iω) d A (ω) 2015 11

Additív robusztussági teszt Nyquist stabilitási kritériuma alapján kritikus határpont (a stabilitás határa) a G H (iω) = 1 pont. Így vizsgálandó a G HN (iω) és a 1 pont közötti különbség. Ha ez a különbség nagyobb, mint C(iω) d A (ω) akkor a tényleges rendszer Nyquist diagramja a -1 pontot nem öleli körbe, mert G H (iω) G HN (iω) C(iω) d A (ω) < 1 G HN (iω) 2015 12

Additív robusztussági teszt C(iω) d A (ω) < 1 G HN (iω) = 1 + G HN (iω) d A (ω) < 1 + G HN(iω) C(iω) 1 d A (ω) > C(iω) 1 + G HN (iω) d A (ω)-nak csak nagysága ismert, iránya nem, így G H (iω) legrosszabb esete a G HN (iω) pontok köré rajzolt C(iω) d A (ω) sugarú körök burkológörbéje. 2015 13

Additív robusztussági teszt 2015 14

Multiplikatív hibastruktúra 2. Definíció: Multiplikatív hibastruktúra A G(s) aktuális rendszer és a G N (s) névleges rendszer közötti eltérést multiplikatív hibastruktúrájúnak nevezzük, ha a következő összefüggés teljesül: G(s) = G N (s)(1 + M (s)), ahol M (s) a multiplikatív hiba átviteli függvénye. 2015 15

Multiplikatív hibastruktúra G(s) M (s) U(s) Y (s) G N (s) 2015 16

Multiplikatív hibastruktúra multiplikatív hibastruktúrában M (iω) stabilis átviteli függvény ismeretlen ugyan, de abszolút értékére a gyakorlati problémákban ismert felső határ adható meg: M (iω) < d M (ω) Tegyük fel, hogy a G HN (s) kompenzált névleges rendszer stabilis. Vizsgáljuk meg, hogy a G H (s) aktuális rendszer stabilitásához milyen feltételnek kell teljesülnie! 2015 17

Multiplikatív robusztussági teszt 2. Állítás Legyen G N (s) az ismert névleges modell, amelyet a tervezett C(s) soros kompenzátor stabilizál. Tegyük fel, hogy a névleges modell és az aktuális rendszer közötti multiplikatív hiba felső korlátját a teljes ω frekvenciatartományban ismerjük. 2015 18

Multiplikatív robusztussági teszt Ekkor a névleges modellre tervezett szabályozó az aktuális rendszer stabilitását is biztosítja, ha a következő feltétel teljesül: 1 d M (ω) > G HN (iω) 1 + G HN (iω) Ez a robusztus stabilitás feltétele multiplikatív hibastruktúra esetén. 2015 19

Multiplikatív robusztussági teszt 2. Bizonyítás G H (iω) = C(iω)G N (iω)(1 + M (iω)) G H (iω) = C(iω)G N (iω) +C(iω)G N (iω) M (iω) G H (iω) G HN (iω) = G HN (iω) M (iω) 2015 20

Multiplikatív robusztussági teszt Hasonlóan az additív teszt bizonyításához, az aktuális G H (iω) rendszer stabilis marad minden ω frekvencián, ha teljesül a következő egyenlőtlenség: G HN (iω) d M (ω) < 1 + G HN (iω) d M (ω) < 1 + G HN (iω) G HN (iω) 2015 21

Tervezés konzervatív feltétellel A gyakorlati tervezéskor a pontról - pontra való összevetés helyett használható az alábbi két konzervatív feltétel: inf ω inf ω 1 d A (ω) > sup ω 1 d M (ω) > sup ω C(iω) 1 + G HN (iω) G HN (iω) 1 + G HN (iω) 2015 22

Példa Példa: Robusztus stabilitási teszt alkalmazása Tételezzük fel, hogy a szabályozni kívánt rendszert a 15(s + 5) G(s) = (s + 1)(s 2 + 3s + 25) átviteli függvény írja le. A feladat, hogy a rendszer egy egytárolós névleges közelítő modelljének ismerete alapján, tervezzük meg a zárt rendszert úgy, hogy a stabilitás megtartása mellett a lehető legnagyobb legyen a körerősítés. 2015 23

Példa Az alkalmazható szabályozó egyszerű arányos tag lehet. A modell vagy az ún. névleges rendszer átviteli függvénye: G N (s) = 3 s + 1 2015 24

Példa R(s) E(s) U(s) 3 Y (s) C = A C s + 1 R(s) E(s) U(s) 15(s + 5) Y (s) C = A C (s + 1)(s 2 + 3s + 25) 2015 25

Példa Megoldás M (s) = G(s) G N(s) G N (s) = s2 + 2s s 2 + 3s + 25 A névleges modellel a névleges zárt szabályozási kör struktúrálisan stabilis, tehát bármilyen nagy A c körerősítés mellett a névleges zárt rendszer stabilis marad. Egy adott érték feletti erősítés azonban a valódi zárt rendszert már destabilizálja. 2015 26

Példa A robusztus stabilitás feltétele: sup ω G HN (iω) 1 + G HN (iω) < 1 sup ω M (iω) ahol G HN (iω) = A c G N (iω) a névleges hurokátviteli függvény. 2015 27

Példa Megrajzolva a M (iω) Bode-diagramját, leolvashatjuk az ω szerinti maximális értéket, így teljesül, hogy M (iω) < 1,86. 60 Bode diagram 40 20 a(ω) [db] 0 20 40 1/ M A c =0.1 60 A c =0.3876 A c =10 80 10 1 10 0 10 1 10 2 10 3 ω (lg) [rad/sec] 2015 28

Példa A tesztben szereplő kiegészítő érzékenységi függvény: T N (iω) = 3A c iω+1 1 + 3A c iω+1 = 3A c iω + 1 + 3A c sup ω T N (iω) = 3A c 1 + 3A c 2015 29

Példa Ebből következik, hogy a robusztus stabilitás olyan A c szabályozó erősítésekre teljesül, amelyekre 3A c < 1 1 + 3A c 1,86 A c < 0,3876 2015 30