Lineaaristen järjestelmien teoriaa II

Samankaltaiset tiedostot
Lineaaristen järjestelmien teoriaa

Systeemimallit: sisältö

Juuri 13 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Kertaus. K1. A: III, B: I, C: II ja IV.

Systeemimallit: sisältö

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

5. Vakiokertoiminen lineaarinen normaaliryhmä

Johda jakauman momenttiemäfunktio ja sen avulla jakauman odotusarvo ja varianssi.

2. Systeemi- ja signaalimallit

b) Ei ole. Todistus samaan tyyliin kuin edellinen. Olkoon C > 0 ja valitaan x = 2C sekä y = 0. Tällöin pätee f(x) f(y)

7.1. Suurimman uskottavuuden estimointimenetelmä: Johdanto

Sopimuksenteon dynamiikka: johdanto ja haitallinen valikoituminen

Luento 2. Järjestelmät aika-alueessa Konvoluutio-integraali. tietoverkkotekniikan laitos

2. Suoraviivainen liike

Yhden selittäjän lineaarinen regressiomalli

Dynaaminen optimointi ja ehdollisten vaateiden menetelmä

LUKU 6 KOHINAN VAIKUTUS ANALOGISTEN MODULAATIOIDEN SUORITUSKYKYYN

( ) ( ) x t. 2. Esitä kuvassa annetun signaalin x(t) yhtälö aikaalueessa. Laske signaalin Fourier-muunnos ja hahmottele amplitudispektri.

Diskreetillä puolella impulssi oli yksinkertainen lukujono:

MATA172 Sami Yrjänheikki Harjoitus Totta vai Tarua? Lyhyt perustelu tai vastaesimerkki!

KULMAMODULOITUJEN SIGNAALIEN SPEKTRIN LASKEMINEN

Älä tee mitään merkintöjä kaavakokoelmaan!

Mat Lineaarinen ohjelmointi

KULMAMODULOITUJEN SIGNAALIEN SPEKTRIN LASKEMINEN

Laaja matematiikka 2 Kertaustehtäviä Viikko 17/ 2005

9. Parametriset mallit, estimointi

DEE Lineaariset järjestelmät Harjoitus 4, ratkaisuehdotukset

Luento 11. Stationaariset prosessit

Parametriset mallit. parametreillä a priori tulkinta & merkitys. parametrit vain laskennan/sovituksen apuvälineitä

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 1, ratkaisut Maanantai

Tehtävä I. Vaihtoehtotehtävät.

MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS

LUKU 7 KOHINAN VAIKUTUS ANALOGISTEN MODULAATIOIDEN SUORITUSKYKYYN A Tietoliikennetekniikka I Osa 24 Kari Kärkkäinen Kevät 2015

Tasaantumisilmiöt eli transientit

( ) ( ) 2. Esitä oheisen RC-ylipäästösuotimesta, RC-alipäästösuotimesta ja erotuspiiristä koostuvan lineaarisen järjestelmän:

järjestelmät Luento 4

9. Epäoleelliset integraalit; integraalin derivointi parametrin suhteen. (x + y)e x y dxdy. e (ax+by)2 da. xy 2 r 4 da; r = x 2 + y 2. b) A.

HY, MTL / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIb, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

PK-YRITYKSEN ARVONMÄÄRITYS. KTT, DI TOIVO KOSKI elearning Community Ltd

( ) k 1 = a b. b 1) Binomikertoimen määritelmän mukaan yhtälön vasen puoli kertoo kuinka monta erilaista b-osajoukkoa on a-joukolla.

Esimerkki 2 (Kaupparatsuongelma eli TSP)

EX1 EX 2 EX =

Kuvaus. Määritelmä. LM2, Kesä /160

9.7 Matriisinormit. Vaasan yliopiston julkaisuja 225. Ei siis lainkaan ongelmia defektiivisyydestä.

Mallivastaukset KA5-kurssin laskareihin, kevät 2009

Luento 11. Stationaariset prosessit

Puolijohdekomponenttien perusteet A Ratkaisut 2, Kevät 2017

Rakennusosien rakennusfysikaalinen toiminta Ralf Lindberg Professori, Tampereen teknillinen yliopisto

Tehtäviä neliöiden ei-negatiivisuudesta

5. Lineaarisen optimoinnin perusprobleemat

Ilmavirransäädin. Mitat

XII RADIOAKTIIVISUUSMITTAUSTEN TILASTOMATEMATIIKKAA

Luento 7 Järjestelmien ylläpito

Kertaa tarvittaessa induktiota ja rekursiota koskevia tietoja.

Konvoluution laskeminen vaihe vaiheelta Sivu 1/5

Aikasarja-analyysi I Syksy 2005 Tampereen yliopisto Arto Luoma

MAT Fourier n menetelmät. Merja Laaksonen, TTY 2014

Analyysi A. Harjoitustehtäviä lukuun 1 / kevät 2018

W dt dt t J.

YKSIULOTTEINEN JÄNNITYSTILA

Analyysi 1. Harjoituksia lukuihin 4 7 / Syksy Tutki funktion f(x) = x 2 + x 2 jatkuvuutta pisteissä x = 0 ja x = 1.

Ratkaisu. Virittäviä puita on kahdeksan erilaista, kun solmut pidetään nimettyinä. Esitetään aluksi verkko kaaviona:

ẍ(t) q(t)x(t) = f(t) 0 1 z(t) +.

Luento 9. Epälineaarisuus

Matematiikan tukikurssi

4 KORKEAMMAN KERTALUVUN LINEAARISET DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT. Kertaluvun n lineaarinen differentiaaliyhtälö ns. standardimuodossa on

Dynaamisten systeemien teoriaa. Systeemianalyysilaboratorio II

Rahoitusriskit ja johdannaiset Matti Estola. luento 13 Black-Scholes malli optioiden hinnoille

3 SIGNAALIN SUODATUS 3.1 SYSTEEMIN VASTE AIKATASOSSA

Luento 11. tietoverkkotekniikan laitos

Luento 4. Fourier-muunnos

Tilausohjatun tuotannon karkeasuunnittelu. Tilausohjatun tuotannon karkeasuunnittelu

Insinöörimatematiikka IA

TKK Tietoliikennelaboratorio Seppo Saastamoinen Sivu 1/5 Konvoluution laskeminen vaihe vaiheelta

x v1 y v2, missä x ja y ovat kokonaislukuja.

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 14: Yhden vapausasteen vaimeneva pakkovärähtely, harmoninen kuormitusheräte

Ryhmän osajoukon generoima aliryhmä ja vapaat ryhmät

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

11. Virheen arvioin-

1. osa, ks. Solmu 2/ Kahden positiivisen luvun harmoninen, geometrinen, aritmeettinen ja + 1 u v 2 1

6.4 Variaatiolaskennan oletusten rajoitukset. 6.5 Eulerin yhtälön ratkaisuiden erikoistapauksia

MIKROTEORIA, HARJOITUS 7 MONOPOLI JA OLIGOPOLI

Jaksollisista funktioista

Epäyhtälöoppia matematiikkaolympialaisten tehtäviin

Luento 3. Fourier-sarja

Asuntojen huomiointi varallisuusportfolion valinnassa ja hinnoittelussa

JATKUVUUS. Funktio on jatkuva jos sen kuvaaja voidaan piirtää nostamatta kynää paperista.

4.3 Signaalin autokorrelaatio

5 YHDEN VAPAUSASTEEN YLEINEN PAKOTETTU LIIKE

saadaan kvanttorien järjestystä vaihtamalla ehto Tarkoittaako tämä ehto mitään järkevää ja jos, niin mitä?

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

saadaan kvanttorien järjestystä vaihtamalla ehto Tarkoittaako tämä ehto mitään järkevää ja jos, niin mitä?

Tiedonhakumenetelmät Tiedonhakumenetelmät Helsingin yliopisto / TKTL. H.Laine 1. Todennäköisyyspohjainen rankkaus

1. Todista/Prove (b) Lause 2.4. käyttäen Lausetta 2.3./by using Theorem b 1 ; 1 b + 1 ; 1 b 1 1

Notor Upotettava. 6

Mittaus- ja säätölaitteet IRIS, IRIS-S ja IRIS-M

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 9: Greenin lause

KOHINA KULMAMODULAATIOISSA

8. Jonotusjärjestelmät

8. Jonotusjärjestelmät

Transkriptio:

Lieaarise järjeselmie eoriaa II Ohjaavuus Tarkkailavuus havaiavuus Lisää sabiilisuudesa Tilaesimoii, Kalma-suodi TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Mielekiioisia kysymyksiä Oko syseemi rakeeelaa sellaie, eä siä voidaa hallia? => ohjaavuus Tarviseeko syseemi eriyisä halliaa? => sabiilisuus Mie siä halliaa? => sääöeoria/-ekiikka Mie halliaa parhaalla mahdollisella avalla? => opimisääö Miä syseemi sieluelämäsä voidaa saoa? => arkkailavuus Mie sieluelämää havaiaa? =>ilahavaisemie Kalma-suodi TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

TKK/Syseemiaalyysi laboraorio Ohjaavuus Tarkasellaa jakuva aja syseemiä Määriellää se ilasiiro- ja ulosulokuvaukse,,,, u x g y u x f x = = & p R U R T T R U R T T : : η ξ

Määrielmiä Syseemi o ohjaava R : alueessa D hekellä 0, jos jokaisa x 0 D kohi o olemassa ohjaus u U ja ajaheki 1 0 sie eä ξ 1, 0,x 0,u=0. Jos syseemi o ohjaavissa alueessa D jokaisea ajahekeä, se o asaisesi ohjaava Jos D=R, syseemi o globaalisi ohjaava Tasaisesi & globaalisi ohjaava syseemi = äydellisesi ohjaava syseemi Ohjaavuus karakerisoi syseemi halliavuua voidaako palauaa ollailaa äärellisessä ajassa TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Ohjaavuude esaamie: uloksia Epälieaarisille syseemeille ohjaavuude oeamie vaikeaa Lieaarise syseemi: Aikaivariai lieaarie syseemi x& = y Ax = Cx o äydellisesi ohjaava, jos ja vai jos x m-mariisi Q c = [B AB A 2 B... A -1 B] ragi o =dim x, m=dim u Bu Du TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Tarkkailavuus Alu syseemi o arkkailava R : alueessa D hekellä 0, jos jokaie x 0 D voidaa yksikäsieisesi määrää havaioimalla ohjaus u U ja ulosulo η., 0,x 0,u jollaki äärellisellä aikavälillä 0, 1, missä 1 o mahdollisesi x 0 :sa ja u:sa riippuva ajaheki Jos syseemi o arkkailava alueessa D jokaisea ajahekeä, se o asaisesi arkkailava Jos D=R, syseemi o globaalisi arkkailava Tasaisesi & globaalisi arkkailava syseemi = äydellisesi arkkailava syseemi Mia sille, voidaako syseemi ila rekosruoida ulosulosa TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Tarkkailavuude esaamie Epälieaarisille syseemeille ei yleisiä keioja Lieaarise syseemi: Aikaivariai lieaarie syseemi x& = Ax Bu y = Cx Du o äydellisesi ohjaava, jos ja vai jos x p-mariisi Q o = [C* A*C* A* 2 C*... A* -1 C*] ragi o =dim x, m=dim u * o hermioii TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Diskreeiaikaise syseemi Tulokse yleisyvä myös diskreeiaikaisii syseemeihi Mua: ohjaavuusmariisi ragieho o välämäö vai jos syseemimariisi A o kääyvä Esim. syseemi x 1 1=0 x 2 1=x 2 u o selväsi ohjaava, mua Q c = [B AB]=[0 0;1 1], joka ragi = 1 TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

TKK/Syseemiaalyysi laboraorio Ohjaavuude ulkia Diskreeiaikaise syseemi ilayhälö rakaisu voidaa kirjoiaa muodossa 1 Du Cx y Bu Ax x = = = = = 0 1 0 1 0 1 0 u u Q x A k Bu A x A x c k k M

...ulkia Jos y Qc: ragi =, jokaie R : vekori x voidaa esiää muodossa x=q c [u-1... u0] T Eriyisesi voidaa kirjoiaa vekori -A x 0 ässä muodossa, jolloi o olemassa aiaki yksi ohjausjoo u0,...,u-1 s.e. x=0 TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Sabiilisuudesa edellee Klassise mekaiika sabiilisuuskäsiys: asapaiosa häiriy syseemi auomie käyäyymie Syseemiekie sabiilisuus: rajoieu sisäämeo saava aikaa rajoieuja ulosuloja piee muuokse sisäämeoissa saava aikaa pieiä muuoksia ulosuloissa =sisäämeo-ulosulo sabiilisuus Sabiilisuusehdo lähes sama TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

TKK/Syseemiaalyysi laboraorio Tasapaioila Tarkasellaa edellä kuvaua syseemiä sekä ilasiiro- ja ulosuloskuvauksia Tila-avaruude pise x e o asapaioila, jos fx e,0,=0 kaikilla Nollaohjauksella järjeselmä pysyy asapaioilassa,,,, u x g y u x f x = = & p R U R T T R U R T T : : η ξ

Klassisia sabiilisuusmäärielmiä Tasapaioila x e o sabiili, jos jokaisa 0 ja jokaisa ε>o o olemassa δ >0 s.e. x x < δ ξ, x,0 x < 0 e 0 0 e ε x e o asympooisesi sabiili, jos se o sabiili ja jokaisa 0 kohi o olemassa δ 1 >0 s.e. x lim, 0x0,0 = 0 xe < δ1 ξ x e x e o globaalisi asympooisesi sabiili, jos se o sabiili ja ylläoleva päee kaikilla x 0 TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Sisäämeo-ulosulo -sabiilisuus Em. syseemi o sisäämeo-ulosulo sabiili jos jokaisa x 0 ja jokaisa M>0 kohi o olemassa N>0 sie eä jokaisella 0 päee: u < M η < N 0, 0x0, u eli lähdeäessä misä ilasa ahasa jokaise rajoieu sisäämeo ulee uoaa rajoieu ulosulo 0 TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Lieaarise syseemi Tarkasellaa lieaarisa aikaivariaia syseemiä x& = Ax Bu y = Cx Du Se asapaioilaa o aia origo Koska ollaohjausa vasaava ila liike o muooa x= e A x 0 voidaa odea, eä asympooisesi sabiili origo o myös globaalisesi asympooisesi sabiili Tulos: origo o yo. syseemi sabiili asapaioila joss A: omiaisarvoja ei ole kompleksiaso vasemmassa puoliasossa ja ei useampikeraisia om. arvoja im. akselilla Origo o globaalisi asympooisesi sabiili joss A: omiaisarvoje reaaliosa ova egaiivisia TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Yheys sabiilisuuksie välillä Jos origo o em. syseemi asympooisesi sabiili asapaiopise, o syseemi sisäämeo-ulosulo sabiili Jos syseemi o sisäämeo-ulosulo sabiili ja äydellisesi ohjaava ja arkkailava, ii origo o järjeselmä asympooisesi sabiili asapaiopise ei odisea Päevä myös diskreeiaikaisille syseemeille Sabiilisuuskrieerissä vase puoliaso korvaaa yksikköympyrällä TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Tilaesimoii ilaarkkailu Ogelma: määriä syseemi sisäie ila ulosulo ja syseemi malli avulla Tila miaamie kallisa, mahdooa => kosruoidaa ilaarkkailija => esimaai ilalle käyö esim. ilaakaisikykeässä Ogelmaa prosessi- ja miauskohia => Kalma-suodi keio yhdisää opimaalisesi malli ja miaus TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Tilaesimaaori Tarkasellaa lieaarisa kohiaoa syseemiä x& = Ax Bu Syseemi v& z y = Cx Du = Fv Gy = Mv Ny Hu Pu o yo. järjeselmä ilaesimaaori ai arkkailija observer, jos mielivalaisella alkuilalla x 0 o olemassa alkuila v 0 s.e. jos v 0 =v 0 ii z=x kaikilla > 0 ja kaikilla u avallisesi pyriää muodosamaa ii eä ise v o ila esimaai TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Täyde keraluvu arkkailija Syseemi xˆ& o ed. järjeselmä äyde keraluvu arkkailija, jos ehdosa x ˆ seuraa kaikilla >0 ja 0 = x x ˆ = x 0 kaikilla u Jos dimesio o pieempi, puhuaa redusoidu keraluvu arkkailijoisa miimikeraluvu arkkailija dimesio = dim x dim y Yo. arkkailija o em. syseemi arkkailija joss F=A-LC, G=L, H=B-LD L mielivalaie mariisi = Fxˆ Gy Hu, xˆ R TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

..arkkailija Tällöi arkkailija o xˆ & = Axˆ Bu L y Cxˆ Viimeisä sulkulausekea kusuaa iovaaioksi miaukse ja malli ulosulo erous Tarkkailija suuieluogelma: Valise L eli valise mie iovaaio huomioidaa Tilahavaisija syseemimariisi o A-LC Du valisemalla L sopivasi saadaa ilahavaisijalle mielivalaie dyamiikka edellyäe eä syseemi o äydellisesi arkkailava TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Kalma-suodi Edellä o oleeu, eä syseemi ja miaukse ova kohiaomia Mie ila olisi esimoiava, ku syseemi o sokasie? Tarkasellaa lieaarisa diskreeiaikaisa syseemiä x 1 = Ax Bu v y = Cx e missä covv=r 1, cove=r 2, v ja e valkoisa, keskeää riippumaoa kohiaa Exτvs T =0, Exτes=0, s>τ, Exτ=x 0, Exτ-x 0 xτ-x 0 T =Π 0 Myös ila ymmärreää sauaismuuujaksi TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Kalma-suodi Ogelma: kosruoi miause us,ys, s τ avulla esimaai x^1 1 s.e. virhee kovariassi E[x1-x^1 1 x1-x^1 1 T ] miimoiuu Tilaesimaaori: x^1 1=x^ 1Kr= Ax^ BuKy-Cx^ Tulos: Piei mahdollie kovariassi saavueaa, ku K=APC T [CPC T R 2 ] -1 Kalma-vahvisus P1=APA T R 1 -APC T [CPC T R 2 ] -1 CPA T, P0=P 0 kovariassi TKK/Syseemiaalyysi laboraorio

Tulkia, käyäö Rekursiivie algorimi viimeisi miaus riiää kovariassimariisi säilyää laskea kaala ärkeä iformaaio Kalma-suodi yhdisää miausdaa ja malli aama iformaaio iide luoeavuude suheessa luoeavuude miareia kohioide kovariassi skaalaua prosessi- ja ulosulodyamiikoilla suuri R 2 => piei vahvisus Käyäössä arviaa prosessi- ja miauskohia kovariasseille esimaai järkeily miaukse TKK/Syseemiaalyysi laboraorio