järjestelmät Luku 1 Johdanto; termit ja käsitteet 1 DEE Lineaariset järjestelmät Risto Mikkonen

Samankaltaiset tiedostot
Luento 2 / 12. SMG-1200 Piirianalyysi II Risto Mikkonen

järjestelmät Luku 2 Diskreettiaikaiset järjestelmät - aikataso DEE Lineaariset järjestelmät Risto Mikkonen

järjestelmät Diskreettiaikaiset järjestelmät aikatason analyysi DEE Lineaariset järjestelmät Risto Mikkonen

DEE Lineaariset järjestelmät Harjoitus 2, ratkaisuehdotukset. Johdanto differenssiyhtälöiden ratkaisemiseen

Kun järjestelmää kuvataan operaattorilla T, sisäänmenoa muuttujalla u ja ulostuloa muuttujalla y, voidaan kirjoittaa. y T u.

Ennen kuin mennään varsinaisesti tämän harjoituksen asioihin, otetaan aluksi yksi merkintätekninen juttu. Tarkastellaan differenssiyhtälöä

Kun annettu differenssiyhtälö z-muunnetaan puolittain, saadaan: 1 1 z Y z zy z z/4 4

Luku 1: Järjestelmien lineaarisuus, differenssiyhtälöt, differentiaaliyhtälöt

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

DEE Lineaariset järjestelmät Harjoitus 5, harjoitustenpitäjille tarkoitetut ratkaisuehdotukset

Luku 1: Järjestelmien lineaarisuus, differenssiyhtälöt, differentiaaliyhtälöt

2.8 Mallintaminen ensimmäisen asteen polynomifunktion avulla

Järjestelmän kuvaus aikatasossa

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

järjestelmät Luento 4

[ ] [ 2 [ ] [ ] ( ) [ ] Tehtävä 1. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2( ) = 1. E v k 1( ) R E[ v k v k ] E e k e k e k e k. e k e k e k e k.

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet, viikko 45/2017

Olkoot X ja Y riippumattomia satunnaismuuttujia, joiden odotusarvot, varianssit ja kovarianssi ovat

Luento 2. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Todennäköisyysjakaumat 1/5 Sisältö ESITIEDOT: todennäköisyyslaskenta, määrätty integraali

Aktiiviset piirikomponentit. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 19: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Newtonin lakia käyttäen

Sattuman matematiikkaa III

2 Taylor-polynomit ja -sarjat

EPOP Kevät

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

± r = 1e 2 2 ±

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 02: Vapausasteet, värähtelyiden analysointi

J1 (II.6.9) J2 (X.5.5) MATRIISILASKENTA(TFM) MALLIT AV 6

DEE Sähkötekniikan perusteet

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 1. viikolle /

järjestelmät Luento 8

Luento 4 / 12. SMG-1100 Piirianalyysi I Risto Mikkonen

HARMONINEN VÄRÄHTELIJÄ

Hanoin tornit. Merkitään a n :llä pienintä tarvittavaa määrää siirtoja n:lle kiekolle. Tietysti a 1 = 1. Helposti nähdään myös, että a 2 = 3:

3. Markovin prosessit ja vahva Markovin ominaisuus

Luento 6. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

RATKAISUT: 21. Induktio

Lauri Puranen Säteilyturvakeskus Ionisoimattoman säteilyn valvonta

S Piirianalyysi 2 1. Välikoe

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET. Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA. Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit

Heilurin differentiaaliyhtälö

Sähköstatiikka ja magnetismi Mekaniikan kertausta

V. POTENSSISARJAT. V.1. Abelin lause ja potenssisarjan suppenemisväli. a k (x x 0 ) k M

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 12: Tasokehän palkkielementti, osa 2.

Eksponentti- ja logaritmiyhtälö

Silmukkavirta- ja solmupistemenetelmä. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

termit on luontevaa kirjoittaa summamuodossa. Tällöin päädymme lukusarjojen teoriaan: a k = s.

Estimointi Laajennettu Kalman-suodin. AS , Automaation signaalinkäsittelymenetelmät Laskuharjoitus 4

Sähköiset perussuureet. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 21: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Lagrangen

9 Lukumäärien laskemisesta

Kertausosa. Kertausosa. 4. Sijoitetaan x = 2 ja y = 3 suoran yhtälöön. 1. a) Tosi Piste (2,3) on suoralla. Epätosi Piste (2, 3) ei ole suoralla. 5.

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 18: Yhden vapausasteen pakkovärähtely, transienttikuormituksia

STOKASTISET DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT 7

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 1, MALLIRATKAISUT

Todennäköisyyslaskenta IIa, syys lokakuu 2019 / Hytönen 1. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

Miehitysluvuille voidaan kirjoittaa Maxwell Boltzmann jakauman mukaan. saamme miehityslukujen summan muodossa

III. SARJATEORIAN ALKEITA. III.1. Sarjan suppeneminen. x k = x 1 + x 2 + x ,

(1 + i) + JA. t=1. t=1. (1 + i) n (1 + i) n. = H + k (1 + i)n 1 i(1 + i) n + JA

Pyramidi 3 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 139 Päivitetty a) 402 Suplementtikulmille on voimassa

b 4i j k ovat yhdensuuntaiset.

Luento 1. 1 SMG-1100 Piirianalyysi I

2. Viikko. CDH: luvut (s ). Matematiikka on fysiikan kieli ja differentiaaliyhtälöt sen yleisin murre.

M 2 M = sup E M 2 t. E X t = lim. niin martingaalikonvergenssilauseen oletukset ovat voimassa, eli löydämme satunnaismuuttujan M, joka toteuttaa ehdon

y + 4y = 0 (1) λ = 0

Ylioppilastutkintolautakunta S tudentexamensnämnden

DISKREETIN MATEMATIIKAN SOVELLUKSIA: KANAVA-EKVALISOINTI TIEDONSIIRROSSA. Taustaa

Passiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

2. Laskuharjoitus 2. siis. Tasasähköllä Z k vaipan resistanssi. Muilla taajuuksilla esim. umpinaiselle koaksiaalivaipalle saadaan = =

funktiojono. Funktiosarja f k a k (x x 0 ) k

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

Insinöörimatematiikka D

Matemaattinen Analyysi

Magneettinen energia

(a) Järjestellään yhtälöitä siten, että vasemmalle puolelle jää vain y i ja oikealle puolelle muut

Erään piirikomponentin napajännite on nolla, eikä sen läpi kulje virtaa ajanhetkellä 0 jännitteen ja virran arvot ovat. 500t.

VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

Perustehtäviä. Sarjateorian tehtävät 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 24

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

DEE Sähkötekniikan perusteet

y (0) = 0 y h (x) = C 1 e 2x +C 2 e x e10x e 3 e8x dx + e x 1 3 e9x dx = e 2x 1 3 e8x 1 8 = 1 24 e10x 1 27 e10x = e 10x e10x

Ensimmäisen ja toisen kertaluvun differentiaaliyhtälöistä

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä ym., osa I

1. YKSISUUNTAINEN VARIANSSIANALYYSI: AINEISTON ESITYSMUODOT

Eksponenttifunktio. Johdanto. Määritelmä. Pekka Alestalo Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto

Luku 2. Jatkuvuus ja kompaktisuus

Talousmatematiikan verkkokurssi. Koronkorkolaskut

z z 0 (m 1)! g(m 1) (z0) k=0 Siksi kun funktioon f(z) sovelletaan Cauchyn integraalilausetta, on voimassa: sin(z 2 dz = (z i) n+1 k=0

Matemaattinen Analyysi

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Hannu Pajula. Stirlingin luvuista

Interaktiiviset menetelmät

M y. u w r zi. M x. F z. F x. M z. F y

10. Toisen kertaluvun lineaariset differentiaaliyhtälöt

ESIM. ESIM.

Luku 11. Jatkuvuus ja kompaktisuus

Transkriptio:

DEE-00 Lineaariset järjestelmät Luu Johdanto; termit ja äsitteet DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

DEE-00 Lineaariset järjestelmät I+II periodi Luennot, Risto Mionen, SH 3 Harjoituset, Tiina Salmi, SH 309 Valtteri Lahtinen, SH 304 ti 2 4 SA 207 ti 4 6 SE 20(SE 2) to 2 4 K 2330 (2.per. 0-2 SE 20) to 0 SA 207 (vain I periodi) pe 0 2 SE 20 Tutintovaatimuset: Hväststi suoritettu tentti tai välioeet Kirjallisuus: Luentomoniste Gabel & Roberts: Signals and Linear Sstems 2 Nilsson & DEE-00 Riedel: Lineaariset Electric järjestelmät Circuits Risto Mionen

DEE-00 Lineaariset järjestelmät www.tut.fi/smg/studies.php Opinnot Lineaariset järjestelmät Ennaotehtävät Lasuharjoituset Hvitspisteet 3 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Mitä sähöteniian liopisto-opiselu taroittaa? 4 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Mallit ja menetelmät abstratiotason ääripäät Piirianalsissa olmiulotteiset appaleet uvataan sinertaisilla malleilla, joissa sähö- ja magneettienttien sijaan ätetään jännitteitä ja virtoja. 5 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Lineaariset järjestelmät opintojason tavoitteet Järjestelmiä uvaavan terminologian tunteminen Järjestelmää uvaavan mallin muodostaminen Ssteemiä uvaavien htälöiden eri rataisumenetelmät Järjestelmien stabiilisuustarastelut Siirtminen aiataso vs muunnostaso Tarjota matemaattinen perusoneisto möhempiä ursseja varten 6 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Opintojason raenne Rataistava ongelma Vero Järjestelmä Tarastelun luoitus Disreettiaiainen Jatuva-aiainen Analsointitaso Aiataso Muunnostaso 7 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Jatuva-aiainen vs disreettiaiainen Jatuvan signaalin u(t) nätteistäminen disreetisi signaalisi u 8 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Esimeri (disreettiaiainen) Joeen nousee joa vuosi 000 alaa. Joa talvi aloista selvit 30 % evääseen. Kuina monta alaa joessa on vuosina =, 2,? Minä ooisesi populaatio muodostuu pitällä aiavälillä? 9 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Esimeri (jatuva-aiainen) 3 e t sin2t 0 di t) L dt ( 3 Ri( t) t Vt ( t) e sin2t. ertaluvun vaioertoiminen, lineaarinen, epähomogeeninen differentiaalihtälö Misi en rataise piiriä osoitinlasennan avulla? DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Järjestelmähieraria DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

u u 2 u 3 u 4 u 5 u 6 u 7 u 8 2 5 % 0.5 g uivattuja ruusunmarjoja 3 g psiä arviaismarjoja 0.4 g rusinoita 3 g soeria 8 g vettä pussi hiivaa pussi ravintosuolaa pussi viininselvitettä 5 g otiviiniä JÄRJESTELMÄ Yleisnimits mutiaalle oonaisuudelle, jolle on ominaista, että tiett sisäänmenevät vaiuttimet aiheuttavat hden tai useamman vasteen. u 2 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Järjestelmätppejä Kemialliset Sähöiset Meaaniset Termodnaamiset Hdrodnaamiset Sosiaaliset Jne. 3 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Järjestelmät - analogia 4 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Voima-virta -analogia Meaaninen järjestelmä Sähöinen järjestelmä Voima (p) Virta (I) Massa (m) Kapasitanssi (C) Vaimennuserroin (b) Kondutanssi (/R) Jousivaio () Indutanssin inverssi (/L) Siirtmä (x) Käämivuo ( x v Nopeus ( ) Jännite (e) 5 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Case väestön asvun mallintaminen 6 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Väestönasvun mallintaminen Thomas Malthus (776 834) Charles Darwin (809-882) a p( t) a dt const. p( t0) 7 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen d p 0 p( t)

Mallintaminen Muutostiloja uvaavat liiehtälöt Alu- ja reunaehdot Yhtälöiden muoaaminen Yhtälöiden rataisu Tulosten tulinta 8 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Kiinteäparametrinen / jaautunut järjestelmä Järjestelmän suureet riippuvat ainoastaan ajasta. Mallintaminen differentiaalihtälöiden avulla. Järjestelmän suureet riippuvat ajan lisäsi mös paiasta. Mallintaminen osittaisdifferentiaalihtälöiden avulla. E( t) L di( t) dt Ri( t) C t 0 i( ) d u C (0) 9 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Jaautunut järjestelmä T t 2 T E g c p 20 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Deterministinen / stoastinen järjestelmä Ssteemioperaattori L(D) samoin uin sisäänmeno u(t) tunnetaan tarasti. Malli fsiian lainalaisuusiin nojautuen. Järjestelmän parametrit tunnetaan tilastollisesti. Malli (siirtofuntio) oemuseen nojautuen. E( t) L di( t) dt Ri( t) C t 0 i( ) d u C (0) 2 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Esplisiittinen / implisiittinen järjestelmä Ulostulo riippuu pelästään sisäänmenosta. Ulostulo on funtio seä sisäänmenosta että aiaisemmasta ulostulosta. f ( u, u, u 2,...) f ( u, u,,... 2,...) 22 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Lineaarisuus 2 2 2 2 ) ( ) ( ) ( u u L u L u L u L u L ) ( ) ( Additiivisuus Homogeenisuus ) ( ) ( ) ( 2 2 u L u L u u L 23 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Review Question Veron sisäänmenon u ja ulostulon suhteen on voimassa htälö au b missä a ja b ovat vaioita. Ono vero lineaarinen? 24 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Review Question 2 Oheisessa piirissä sisäänmenona u on lähdejännite U ja ulostulona on vastusen R 3 autta uleva virta. Millainen ehto lähdejännitteelle U 2 tulee asettaa, että ssteemi on lineaarinen? R = R 2 = R 3 =. (Muodosta Kirchhoffin laeihin nojautuen htälö sisäänmenon ja ulostulon välille ja tarastele lineaarisuutta.) i i 3 i 2 25 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Esimeri Oheisen piirin sisäänmenona on lähdejännite u(t) ja ulostulona (t) on 6 :n resistanssin autta uleva virta. Ono ssteemi lineaarinen? 26 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Esimeri Määritä oheisessa verossa jännite v 0. Aseta jännitteen arvosi V ja määritä jännitteen oiea arvo lineaarisuutta hödntäen. v 0 27 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Esimeri Tarastellaan oheista tentää, jona sisäänmenona on lähdevirta J ja ulostulona uvaan meritt jännite U. Arvataan seisen jännitteen arvosi U = V. Todenna lineaarisuuden äsitteen avulla seisen jännitteen oiea arvo. R = 2, R 2 = 0.5, R 3 =, R 4 =, J = 6 A. 28 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Staattinen / dnaaminen järjestelmä Ulostulo riippuu joaisella ajanhetellä vain sen hetisestä sisäänmenon arvoista. U = f (I, R) Ulostulo riippuu historiallisesti sisäänmenosta. U = f (I, R, L, C) 29 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Aiainvarianttisuus Ssteemioperaattori L(D) ei muutu ajan muana. Ajanheti, jolla ssteemi ännistetään ei vaiuta ssteemin dnamiiaan (samaa sisäänmenoa vastaten saadaan aina sama ulostulo). 0 0 ) ( ) ( ) ( ) ( 0 0 u u t t t t u t t u 30 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Esimeri Rhmittele seuraavat tapauset ahdella eri luoittelutavalla Staattinen / dnaaminen Aiainvariantti / aiavariantti Raetin ohjaaminen töntömoottorilla, un raetti ulee tietn matan avaruudessa. Jääieo liuuu itattomalla jäällä ja törmää immoisasti entän reunaan ulmassa. Kahviuppi on huoneessa, jona lämpötila on vaio S astetta. Kupin lämpötila T(t) jääht Newtonin läähtmislain muaisesti dt( t) dt ( T( t) S) 3 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Review Question 3 Veroa uvaava htälö on ( t) u( t) cost Ono vero A) lineaarinen B) aiainvariantti 32 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Disreettiaiaiset järjestelmät Kuvaa htettä eri nätejonojen välillä. Elementit voidaan määrittää: Meritsemistapoja f() = f(t ) = f t = T Analttisenä htälönä f 2 Numerotauluona T nätteenottoväli f 0,,5, 3,... 33 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Lineaariset differenssihtälöt a 0 u b a u b 2... 2 a m... u b m n n Järjestelmä muuttaa luujonon u luujonosi. Lohoaaviot oostuvat siöviive-, vaioerroin- ja summauselementeistä. Ulostulo on hdistelmä sisäänmenon nisistä ja vanhoista arvoista seä ulostulon vanhoista arvoista. 34 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Esimeri Bilateraalinen auppamalli Kansantulo Y määrät tuotantoustannusten C, nettoinvestointien i ja viennin x summana vähennettnä tuonnilla M. Kotimaan aupan tuotantoustannuset D määrätvät oonaistuotantoustannusten C ja tuonnin M erotusena. mallinnetaan seuraavasti Aia jaautuu tasavälisiin periodeihin. Kaii suureet muuttuvat periodin muana paitsi i, joa on vaio. D ja M unain periodina ovat verrannollisia edellisen periodin ansantuloon Määritä maiden ansantuloja uvaavat htälöt. 35 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Lineaariset differentiaalihtälöt a n D n a n D n... a D a 0 ( t) b m D m b m D m... b D b 0 u( t) Järjestelmä muuntaa funtion u(t) funtiosi (t). Lohoaaviot muodostuvat derivaattoreista / integraattoreista, vaioerroin- ja summauselementeistä. Merintä D i taroittaa i:nen ertaluvun derivaattaa ajan suhteen. Yleisesti siis n:nen ertaluvun, vaioertoimien, lineaarinen epähomogeeninen differentiaalihtälö. 36 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Yhteenveto luu Veroa uvaa sisäänmenon u(t) ja ulostulon (t) välillä htälö 2 d ( t) u( t) u( t) dt Ono vero A) additiivinen B) homogeeninen C) lineaarinen 37 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen

Yhteenveto luu Järjestelmän sisäänmenona on äämin li oleva jännite ja ulostulona äämin virta. Tarastele ssteemin lineaarisuutta. 38 DEE-00 Lineaariset järjestelmät Risto Mionen