H(s) + + _. Ymit(s) Laplace-tason esitykseksi on saatu (katso jälleen kalvot):

Samankaltaiset tiedostot
3. kierros. 2. Lähipäivä

Taajuustason tekniikat: Boden ja Nyquistin diagrammit, kompensaattorien suunnittelu. Vinkit 1 a

ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 8: Säädetyn järjestelmän hyvyys aika- ja taajuustasossa, suunnittelu taajuustasossa, kompensaattorit

Systeemin käyttäytyminen. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Systeemin navat ja nollat. Systeemin navat ja nollat

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Tehtävä 1. Vaihtoehtotehtävät.

Hyvyyskriteerit. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 8: Säädetyn järjestelmän hyvyys aika- ja taajuustasossa, suunnittelu taajuustasossa, kompensaattorit

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Y Yhtälöparista ratkaistiin vuorotellen siirtofunktiot laittamalla muut tulot nollaan. = K K K M. s 2 3s 2 KK P

Y (s) = G(s)(W (s) W 0 (s)). Tarkastellaan nyt tilannetta v(t) = 0, kun t < 3 ja v(t) = 1, kun t > 3. u(t) = K p y(t) K I

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

8. kierros. 2. Lähipäivä

Säätötekniikan matematiikan verkkokurssi, Matlab tehtäviä ja vastauksia

3. kierros. 1. Lähipäivä

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 7: Taajuusanalyysi

Esimerkki: Laaduntasaussäiliö. Esimerkki: Laaduntasaussäiliö. Taajuusanalyysi. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 7: Taajuusanalyysi

Esimerkki: Laaduntasaussäiliö. Esimerkki: Laaduntasaussäiliö. Taajuusanalyysi. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 7: Taajuusanalyysi

Harjoitus (15min) Prosessia P säädetään yksikkötakaisinkytkennässä säätimellä C (s+1)(s+0.02) 50s+1

Tilaesityksen hallinta ja tilasäätö. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 6: Tilasäätö, tilaestimointi, saavutettavuus ja tarkkailtavuus

Aikatason vaste vs. siirtofunktio Tehtävä

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

z muunnos ja sen soveltaminen LTI järjestelmien analysointiin

Y (z) = z-muunnos on lineaarinen kuten Laplace-muunnoskin

SaSun VK1-tenttikysymyksiä 2019 Enso Ikonen, Älykkäät koneet ja järjestelmät (IMS),

Dynaamisten systeemien teoriaa. Systeemianalyysilaboratorio II

ELEC-C1230 Säätötekniikka 10. laskuharjoitus Taajuustason tekniikat: Boden ja Nyquistin diagrammit, kompensaattorien suunnittelu

8. kierros. 1. Lähipäivä

Järjestelmien kokoaminen osasysteemeistä. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Lohkokaaviomuunnokset: Signaalit. Signaalin kulkeminen lohkon läpi

Digitaalinen Signaalinkäsittely T0125 Luento

Differentiaaliyhtälön ratkaisu. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Esimerkki: läpivirtaussäiliö. Esimerkki: läpivirtaussäiliö

MATLAB harjoituksia RST-säädöstä (5h)

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Säätötekniikkaa. Säätöongelma: Hae (mahdollisesti ulostulon avulla) ohjaus, joka saa systeemin toimimaan halutulla tavalla

5. Z-muunnos ja lineaariset diskreetit systeemit. z n = z

2. kierros. 1. Lähipäivä

1 PID-taajuusvastesuunnittelun esimerkki

Mat Dynaaminen optimointi, mallivastaukset, kierros Vaimennetun heilurin tilanyhtälöt on esitetty luennolla: θ = g sin θ r θ

Säätötekniikkaa. Säätöongelma: Hae (mahdollisesti ulostulon avulla) ohjaus, joka saa systeemin toimimaan halutulla tavalla

AS Automaation signaalinkäsittelymenetelmät. Laskuharjoitus 8. Ackermannin algoritmi Sumea säätö

PID-sa a timen viritta minen Matlabilla ja simulinkilla

Osatentti

1.4 Funktion jatkuvuus

z 1+i (a) f (z) = 3z 4 5z 3 + 2z (b) f (z) = z 4z + 1 f (z) = 12z 3 15z 2 + 2

3.4 Rationaalifunktion kulku ja asymptootit

KOMPLEKSILUVUT C. Rationaaliluvut Q. Irrationaaliluvut

Osatentti

2. Polynomien jakamisesta tekijöihin

Matriisilaskenta Laskuharjoitus 5 - Ratkaisut / vko 41

ELEC-C1230 Säätötekniikka

MATEMATIIKAN JAOS Kompleksianalyysi

Luento 8. Suodattimien käyttötarkoitus

LTY/SÄTE Säätötekniikan laboratorio Sa Säätötekniikan ja signaalinkäsittelyn työkurssi. Servokäyttö (0,9 op)

5 Differentiaalilaskentaa

Harjoitus 6: Simulink - Säätöteoria. Syksy Mat Sovelletun matematiikan tietokonetyöt 1

Elektroniikka, kierros 3

MASSASÄILIÖN SIMULOINTI JA SÄÄTÖ Simulation and control of pulp tank

2. Funktiot. Keijo Ruotsalainen. Mathematics Division

1. Annettu siirtofunktio on siis G(s) ja vastaava systeemi on stabiili. Heräte (sisäänmeno) on u(t) = A sin(ωt), jonka Laplace-muunnos on

Matematiikan pohjatietokurssi

Moottorin säätö. Miikka Ihonen 67367P Sampo Salo 79543L Kalle Spoof 83912K John Boström 83962B Venla Viitanen 84514C

Laplace-muunnos: määritelmä

Kompleksiluvut Kompleksitaso

6. Differentiaaliyhtälösysteemien laadullista teoriaa.

Missä mennään. systeemi. identifiointi. mallikandidaatti. validointi. malli. (fysikaalinen) mallintaminen. mallin mallin käyttötarkoitus, reunaehdot

ja λ 2 = 2x 1r 0 x 2 + 2x 1r 0 x 2

Alias-ilmiö eli taajuuden laskostuminen

a) z 1 + z 2, b) z 1 z 2, c) z 1 z 2, d) z 1 z 2 = 4+10i 4 = 10i 5 = 2i. 4 ( 1)

ELEC-C1230 Säätötekniikka

Ominaisarvot ja ominaisvektorit 140 / 170

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 5, Ratkaise rekursioyhtälö

17. Differentiaaliyhtälösysteemien laadullista teoriaa.

MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta

Dynaamisten systeemien identifiointi 1/2

1 Kompleksiluvut. Kompleksiluvut 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 7

n. asteen polynomilla on enintään n nollakohtaa ja enintään n - 1 ääriarvokohtaa.

4. kierros. 1. Lähipäivä

Projekti 5 Systeemifunktiot ja kaksiportit. Kukin ryhmistä tarkastelee piiriä eri taajuuksilla. Ryhmäni taajuus on

Epäyhtälöt 1/7 Sisältö ESITIEDOT: yhtälöt

Harjoitus 1. Tehtävä 1. Malliratkaisut. f(t) = e (t α) cos(ω 0 t + β) L[f(t)] = f(t)e st dt = e st t+α cos(ω 0 t + β)dt.

Ensimmäisen ja toisen asteen yhtälöt

2. kierros. 2. Lähipäivä

PERUSASIOITA ALGEBRASTA

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 5. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 5 () Numeeriset menetelmät / 28

Harjoitus Etsi seuraavien autonomisten yhtälöiden kriittiset pisteet ja tutki niiden stabiliteettia:

Lue tehtävänannot huolella. Tee pisteytysruudukko 1. konseptin yläreunaan. ILMAN LASKINTA -OSIO! LASKE KAIKKI SEURAAVAT TEHTÄVÄT:

12. Stabiilisuus. Olkoon takaisinkytketyn vahvistimen vahvistus A F (s) :

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 3

Tekijä MAA2 Polynomifunktiot ja -yhtälöt = Vastaus a)

Matemaattinen Analyysi

Insinöörimatematiikka D

Differentiaaliyhtälöt II, kevät 2017 Harjoitus 5

y + 4y = 0 (1) λ = 0

Kompleksiluvut., 15. kesäkuuta /57

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 4

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

ACKERMANNIN ALGORITMI. Olkoon järjestelmä. x(k+1) = Ax(k) + Bu(k)

Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt Harjoitus 4 / Ratkaisut

Transkriptio:

ELEC-C3 Säätötekniikka 5. laskuharjoitus Vastaukset Quiz: Luennon 4 luentokalvojen (luku 4) lopussa on esimerkki: Sähköpiiri (alkaa kalvon 39 tienoilla). Lue esimerkki huolellisesti ja vastaa seuraavaan: Sanotaan, että PID-säätimen I-termi poistaa pysyvän poikkeaman eli eron referenssisuureen ja säädetyn suureen välillä. Esimerkissä säädetään sähköpiiriä PIDsäätimellä alla olevan kuvan mukaisesti Yref(s) + _ E(s) Gc(s) Säädin U(s) Ymit(s) Laplace-tason esitykseksi on saatu (katso jälleen kalvot): + H(s) + Gm(s) Mittaus G(s) Prosessi Y(s) s+.s + s Y() s Y () () ref s + H s.s + s+ ( s+ )(.s + s+ ) Tarkastellaan erikseen tapauksia, joissa häiriösuureeseen H ja referenssisuureeseen Yref tulee askelmuutos. Jääkö kummassakaan tapauksessa piiriin pysyvä poikkeama? Jos jää, niin miksi? Ratkaisu: Yllä olevan yhtälön nimittäjän nollakohdat ovat vasemmassa puolitasossa. Siis stabiili vaste. Asettamalla vuoronperään askel referenssiin ja häiriöön saadaan loppuarvoteoreemaa soveltamalla (suoraan asettamalla s nollaksi), että y lähestyy edellisessä tapauksessa arvoa / ja jälkimmäisessä tapauksessa arvoa. Siis referenssimuutoksen jälkeen lähtösuureeseen jää pysyvä poikkeama. Tämä johtuu siitä, että mittaus on epäideaalinen (mittalohkon staattinen vahvistus ei ole ). un mittasignaali on stationääritilassakin väärän suuruinen, ei säätö voi korjata tätä. Säätö ei koskaan voi olla parempi kuin mittaus. Sitä vastoin häiriön vaikutus kuolee pois siinäkin tapauksessa, että sekä se että referenssi ovat molemmat muuttuneet samanaikaisesti. Voit halutessasi laskea siirtofunktiot referenssi- ja häiriösuureista erosuureeseen. Huomaat, että erosuure kyllä lähenee nollaa. Integraattori hoitaa tämän, mutta ei tiedä että y on silti referenssistä poikkeava. Tämä osaltaan selittää myös sen, miksi häiriösuureen vaikutus kuolee pois.

. 4 a. Polynomi: s + 6s + 3s + s + 4 3 Vastaava Routhin kaavio: s 4 3 4 s 3 6 s 6 3 6 4 4 6 6 s 6 4 8 s 8 / 4 4 8 / Ensimmäinen sarake on: [ 6 8/ 4]. Ensimmäisessä sarakkeessa ei ole merkinvaihtoja, joten polynomin kaikki navat ovat vasemmassa puolitasossa. 5 4 5 4 3 b. Polynomi: s + s + 3s + s + s + s + s + 3s + s + Vastaava Routhin kaavio: s 5 s 4 3 s 3 3 6 3 s 6 3 ( 3) 5 6 6 6 s 5 / ( 3) ( 6) 9 5 / 5 s 9 / 5 5 / 9 / 5 Ensimmäinen sarake on: [ -6 5/ 9/5 ]. Sarakkeessa on kaksi merkinvaihtoa: -6 ja 6 5/, joten polynomilla on kaksi napaa oikeassa puolitasossa. 4 3 c. Polynomi: s + s + 4s + 8s + Routhin kaavio: s 4 4 s 3 8 s 4 8 ε s ε 8 c ε s c ε c ε 8 Tarkastellaan termin c raja-arvoa, kun ε lähenee nollaa: ε

8ε lim{ c } lim 8 lim. ε ε ε ε ε Täten ensimmäisestä sarakkeesta tulee: [ - ]. Nyt ensimmäsessä sarakkeessa on kaksi merkinvaihtoa: - ja -, joten polynomilla on kaksi napaa oikeassa puolitasossa. Matlab ratkaisee juuret näppärästi roots-komennolla, kuten esimerkiksi b-kohdassa : >> roots([ 4 8 ]) ans.499 +.8588i.499 -.8588i -.499 +.8588i -.499 -.8588i. Järjestelmää kuvaa siirtofunktio G(s). Siirtofunktio on viety polynomimuotoon (sen osoittaja ja nimittäjä ovat s:n polynomeja): ( s) ( ) P G ( s) Q s ( ) ( ) Q s Q s G ( s) :n nimittäjän Q ( s) (pole) ja G ( s) :n osoittajan ( s) on karakteristinen polynomi on karakteristinen yhtälö :n nollakohdat karakteristisen yhtälön juuret järjestelmän navat P nollakohdat järjestelmän nollat (zero). Napa-nolla -kuviossa järjestelmän navat ja nollat kuvataan graafisesti kompleksitasossa (imaginääriakseli vs. reaaliakseli). - reaalikertoimisella polynomilla on aina asteluvun osoittama määrä juuria (juuret voivat tosin olla keskenään yhtä suuria) - kompleksijuuret esiintyvät aina parina: a+bi, a-bi. a. G ( s) s + 7s + + ei nollia navat: s p, s p 5 ( s + 5)( s ) Im Re -5 - t t Impulssivaste: y( t) 5 ( e e ) 3

heräte vaste t b. Matlabilla napojen ja nollien sekä impulssivasteiden mekaaninen piirtäminen käy helposti. >> pzmap(tf([],[ ])).5 Pole-zero map.5 Imag Axis -.5 - Yksi napapari, joka sijaitsee imaginääriakselilla. Tällöin vasteen pitäisi olla harmonista värähtelyä. Laplace-käänteismuuntamalla saataisiin jälleen aikatason vaste, jonka voisi hahmotella käsin, mutta Matlabilla tämäkin hoituu helpommin. >> impulse(tf([],[ ])) -.5 -.5 - -.5.5.5 Real Axis

Impulse Response From: U().8.6.4 Amplitude To: Y(). -. -.4 -.6 -.8 uten kuvasta nähdään vaste on harmonista värähtelyä. c. >> pzmap(tf([3],[ 6 3])) - 5 5 5 3 35 4.5 Time (sec.) Pole-zero map.5 Imag Axis.5 -.5 - -.5 - -.5-3.5-3 -.5 - -.5 - -.5.5 Real Axis Vasemmassa puolitasossa sijaitseva imaginäärinen napapari. Tällöin vaste on vaimenevaa värähtelyä. >> impulse(tf([3],[ 6 3])).6 Impulse Response From: U().4. Amplitude To: Y().8.6.4. Niinkuin onkin. Matlabin automaattinen aikaskaala on lyhyt, mutta tarkemmin katsottuna huomataan, että vaste painuu nollan alapuolelle, joten se on värähtelevä. d. -..5.5 Time (sec.)

>> pzmap(tf([.5],[ -.5])) Pole-zero map.8.6.4 Imag Axis. -. -.4 -.6 -.8 7 - - -.8 -.6 -.4 -...4.6.8 Real Axis Yksi napa, joka sijaitsee oikeassa puolitasossa. Epästabiili. Impulse Response From: U() 6 5 Amplitude To: Y() 4 3.5.5.5 3 3.5 4 4.5 5 Time (sec.) 3. Systeemi, jossa on epästabiili prosessi: R(s) + Säädin - s + s( s )( s + 4) Y(s) Muodostetaan koko systeemin siirtofunktio: s + Y ( s) s( s )( s + 4) ( s + ) R( s) s + s( s )( s + 4) + ( s + ) ( s + ) + 3 s( s )( s + 4) s + s + ( 8) s + atsotaan napojen paikat tekemällä Routhin kaavio polynomille s + s + ( 8) s + 3 : s 3-8 s s ( 8) 6 s ( 6) / ( 6) /

6 > Stabiilisuudelle saadaan ehdot: ja > Systeemi on asymptoottisesti stabiili, kun > 6. Epästabiilia systeemiä voidaan siis hyvin ohjata takaisinkytkennän ja P-säätimen avulla stabiilisti. 4. äsiteltävä systeemi: r + - u x x u x x + x y [ ] x y Luonnollista olisi laskea ensin prosessin siirtofunktio Y () s G() s C ( si A) B ja muodostaa sitten suljetun järjestelmän U() s siirtofunktio. Tehdään nyt kuitenkin toisin: uvan perusteella voidaan kirjoittaa seuraavat yhtälöt: x () t x() t ut () x() t + x() t x ( t) y( t) [ ] x ( t) u(t) r(t) y(t) ahdesta alemmasta saadaan: u( t) r( t) x ( t) x () t x() t + rt () x () t x () t Systeemi on stabiili silloin, kun karakteristisen yhtälön juuret ovat vasemmassa puolitasossa: s si A s s s +

det( s I A) s( s + ) ( ) s + s + atsotaan stabiilisuusehto Routhin kaaviolla: s s s Saadaan stabiilisuusehto: >. Samaan tulokseen olisi päässyt myös toisen asteen yhtälön ratkaisukaavalla: s, ± 4 ± < < >