ΑΕΝ / ΑΣΠΡΟΠΥΡΓΟΥ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ. Σημειώσεις για τη χρήση του MATLAB στα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου



Σχετικά έγγραφα
Εισαγωγή στη Matlab Βασικές Συναρτήσεις

Ανάλυση συστημάτων με χρήση μετασχηματισμού Laplace

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ MATLAB... 13

Εισαγωγή στην Αριθμητική Ανάλυση

Εργαστήριο Μαθηματικής Ανάλυσης Ι. Εισαγωγή στη Matlab Βασικές Συναρτήσεις-Γραφικές παραστάσεις. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας. Σχολή Θετικών Επιστημών

7 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΧΡΟΝΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙ ΤΩΝ ΠΟΛΩΝ ΤΗΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΕΞΟΔΟΥ Y(s) ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΝΩΡΙΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΧΡΟΝΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΕ ΕΙΣΟΔΟ ΜΟΝΑΔΙΑΙΑΣ ΒΑΘΜΙΔΑΣ

Εισαγωγή στο Πρόγραμμα Maxima

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ Ι. Τύποι δεδομένων ΤΥΠΟΙ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΠΡΑΞΕΙΣ. Παράδειγμα #1. Πράξεις μεταξύ ακεραίων αριθμών

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 13: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών. Τμήμα Αυτοματισμού. Σημειώσεις Εργαστηρίου Ψηφιακού Ελέγχου. Σχεδίαση Συστημάτων Ελέγχου με χρήση MATLAB

Παραρτήματα. Παράρτημα 1 ο : Μιγαδικοί Αριθμοί

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 11: Μετασχηματισμός Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 8. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

ΜΜ803 ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Μετασχηματισμοί Laplace

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

Επίλυση Δ.Ε. με Laplace

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΑΞΗΣ - 1 η ΣΕΙΡΑ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Ι

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ, ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΑ( FUNCTIONS,TRIGONOMETRY)

Δυναμική Μηχανών I. Συνάρτηση και Μητρώο Μεταφοράς

Εισαγωγή στο MATLAB. Βιομηχανικός Αυτοματισμός Γιώργος Σούλτης

ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΠΕΔΙΟ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΚΑΙ ΤΩΝ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ

Βασικές Γνώσεις Μαθηματικών Α - Β Λυκείου

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου χειμερινού εξαμήνου (Ιούνιος 2014)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 9: Σύστημα 2 ης τάξης: Χρονική απόκριση και χαρακτηριστικά μεγέθη (φυσικοί συντελεστές)

Α. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Υπολογιστές Ι. Άδειες Χρήσης. Τύποι δεδομένων. Διδάσκοντες: Αν. Καθ. Δ. Παπαγεωργίου, Αν. Καθ. Ε. Λοιδωρίκης

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Θεωρία και Εφαρμογές

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ (ΖTransform)

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Τίτλος Μαθήματος

Για τη δημιουργία ενός διανύσματος με στοιχεία από το 0 μέχρι το 20 με βήμα το 2 (χρησιμοποιείται συνήθως για διανύσματα χρόνου) δίνουμε

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 6: Έννοια της συνάρτησης μεταφοράς Παραδείγματα εφαρμογής σε φυσικά συστήματα

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου εαρινού εξαμήνου (Ιούνιος 2015)

website:

ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ & ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Μαθηματικά μοντέλα συστημάτων

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ BODE ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΟ ΤΕΥΧΟΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου Χειμερινού εξαμήνου

Σύντομη Αναφορά σε Βασικές Έννοιες Ψηφιακής Επεξεργασίας Σημάτων

y 1 (x) f(x) W (y 1, y 2 )(x) dx,

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 9: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Ευστάθεια συστημάτων

Εισαγωγή στο Περιβάλλον Επιστημονικού Προγραμματισμού MATLAB-Simulink. Δημήτριος Τζεράνης Λεωνίδας Αλεξόπουλος

ΔΥΝΑΜΙΚΗ & ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ

Επανάληψη Μιγαδικών Αριθμών

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιανουαρίου Φεβρουαρίου 2015

ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΑΖΑΣ-ΕΛΑΤΗΡΙΟΥ-ΑΠΟΣΒΕΣΤΗΡΑ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

3 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ ΙΙ. Τύποι δεδομένων ΤΥΠΟΙ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΠΡΑΞΕΙΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ. Ακέραιοι αριθμοί (int) Πράξεις μεταξύ ακεραίων αριθμών

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

x(t) ax 1 (t) y(t) = 1 ax 1 (t) = (1/a)y 1(t) x(t t 0 ) y(t t 0 ) =

Σύντομες εισαγωγικές σημειώσεις για την. Matlab

Άσκηση: Ένα σύστηµα µε είσοδο u(t), έξοδο y(t) και διάνυσµα κατάστασης x(t) = (x 1 (t) x 2 (t)) T περιγράφεται από το ακόλουθο διάγραµµα:

ΣΑΕ 1. Σημειώσεις από τις παραδόσεις. Για τον κώδικα σε L A TEX, ενημερώσεις και προτάσεις:

Παρουσίαση του Mathematica

Σύστημα και Μαθηματικά μοντέλα συστημάτων

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ι Ασκήσεις Πράξης

Ανάλυση υναµικής ιεργασιών

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ι Ασκήσεις Πράξης

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. 6o Εγραστήριο Σ.Α.Ε

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου χειμερινού εξαμήνου (Ιούνιος 2014)

Ανάλυση Κυκλωμάτων. Φώτης Πλέσσας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Μελέτη ευστάθειας και αστάθειας συστημάτων με το περιβάλλον Matlab

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

( t) όπου το * αντιστοιχεί σε συνέλιξη και. (t 2) * x 2

Συλλογή & Επεξεργασία Δεδομένων Εργαστήριο 9 Ανάλυση Fourier: Από τη Θεωρία στην Πρακτική Εφαρμογή των Μαθηματικών

Τετραγωνικά μοντέλα. Τετραγωνικό μοντέλο συνάρτησης. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1

5. (Λειτουργικά) Δομικά Διαγράμματα

Γ. Ν. Π Α Π Α Δ Α Κ Η Σ Μ Α Θ Η Μ Α Τ Ι Κ Ο Σ ( M S C ) ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ. ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ: Σπουδές στις Φυσικές Επιστήμες

Κυκλώματα, Σήματα και Συστήματα

ΜΟΝΤΕΡΝΑ ΘΕΩΡΙΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΙΙ Τμήμα Μαθηματικών - Τομέας Υπολογιστών & Αριθμητικής Ανάλυσης Εξετάσεις Σεπτεμβρίου 2016

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Διάλεξη 1 - Σημειώσεις 1

ΔΟΜΗΜΕΝΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Τετραγωνικά μοντέλα. Τετραγωνικό μοντέλο συνάρτησης. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιουνίου v 3 (t) - i 2 (t)

Κεφάλαιο 4. Απόκριση συχνότητας

1 η Εργαστηριακή Άσκηση MATLAB Εισαγωγή

3) το παράθυρο Πίνακας τιμών όπου εμφανίζονται οι τιμές που παίρνουν οι παράμετροι

Σημαντικές δυνατότητες των σύγχρονων υπολογιστικών μηχανών: Αξιόπιστη καταγραφή πολύ μεγάλου όγκου δεδομένων

Δυναμική Μηχανών I. Αριθμητική Επίλυση Δυναμικών Συστημάτων στο Περιβάλλον MATLAB και Simulink

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 10. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου, Θεωρία και Εφαρμογές. Δρ. Βολογιαννίδης Σταύρος,

MATLAB. Εισαγωγή στο SIMULINK. Μονάδα Αυτόματης Ρύθμισης και Πληροφορικής

lim f ( x) x + f ( x) x a x a x a 2x 1

ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΑΙ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ

ΧΡΟΝΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Transcript:

ΑΕΝ / ΑΣΠΡΟΠΥΡΓΟΥ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Σημειώσεις για τη χρήση του MATLAB στα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Κ. ΝΑΣΟΠΟΥΛΟΣ - Α. ΧΡΗΣΤΙ ΟΥ Κ. ΝΑΣΟΠΟΥΛΟΣ - Α. ΧΡΗΣΤΙ ΟΥ Οκτώβριος 011

MATLAB Χρησιμοποιείται για : Υπολογισμούς Γραφική απεικόνιση δεδομένων Ανάλυση γραμμικών συστημάτων Επίλυση, γενικά, προβλημάτων στα Εφαρμοσμένα Μαθηματικά, Φυσική, Χημεία, Μηχανική, Οικονομικά και όπου απαιτούνται υ- πολογισμοί με πολλές μεταβλητές και σε σύνθετα προβλήματα. Χρησιμοποιείται ιδιαίτερα Στα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου, όπου διαθέτει ειδικές συναρτήσεις για την περιγραφή και τη μελέτη των συστημάτων. Με διπλό κλικ στο εικονίδιο του MATLAB μεταφερόμαστε στο περιβάλλον εργασίας του MATLAB (MATLAB Command Window) :» To get started, type one of these: helpwin, helpdesk, or demo. For product information, type tour or visit www.mathworks.com.»quit Για έξοδο από το MATLAB πληκτρολογήστε : Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου - Σελίδα 1 -

ΧΕΙΡΙΣΜΟΣ ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΩΝ ( Παράδειγμα ) Το "Διάνυσμα γραμμή" π.χ. A = [ 1 3 ] εισάγεται στο περιβάλλον MATLAB πληκτρολογώντας : Α = [1 3] ή (Σημείωση : οι παύλες δεν πληκτρολογούνται, τέθηκαν για (Σημείωση : να δηλώσουν κενό διάστημα) Α = [1,,3] και πατώντας Enter έχουμε την απόκριση του προγράμματος : A = 1 3 Το "Διάνυσμα στήλη" π.χ. A = 4 5 6 εισάγεται στο περιβάλλον MATLAB πληκτρολογώντας : Α = [ 4 ; 5 ; 6 ] και πατώντας Enter έχουμε την απόκριση του προγράμματος : A = 4 5 6 - Σελίδα - Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου

Μερικές ενσωματωμένες συναρτήσεις Ονομασία στο MATLAB sin(x) cos(x) tan(x) log(x) log10(x) exp(x) sqrt(x) Σημασία ημίτονο του x συνημίτονο του x εφαπτομένη του x φυσικός (νεπέρειος) λογάριθμος του x δεκαδικός λογάριθμος του x εκθετική συνάρτηση e x τετραγωνική ρίζα του x Κάποιες ενσωματωμένες σταθερές Ονομασία Τρόπος εισαγωγής Απόκριση προγράμματος π pi ans = (1) 3.1416 (1) ans = answer = απάντηση Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου - Σελίδα 3 -

Γραφικές παραστάσεις Παράδειγμα Έστω ότι ζητείται η γραφική παράσταση της συνάρτησης f = sint για διάστημα χρόνου 0 έως 10. 1 ος τρόπος ος τρόπος t = linspace(0,10,100); fplot( 'sin(t)', [0 10] ) Enter Enter f = sin(t); Enter plot(t,f) Enter Και στις δύο περιπτώσεις λαμβάνουμε : 1 0.8 0.6 0.4 0. sint 0-0. -0.4-0.6-0.8-1 0 4 6 8 10 t - Σελίδα 4 - Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου

ΧΕΙΡΙΣΜΟΣ ΠΟΛΥΩΝΥΜΩΝ ( Παράδειγμα ) Ένα πολυώνυμο παριστάνεται στο MATLAB από το διάνυσμα γραμμής των συντελεστών των όρων του, διατεταγμένων κατά φθίνουσα σειρά των δυνάμεων της μεταβλητής. Π.χ. το πολυώνυμο x + x + 1 παριστάνεται σαν [1 1] Πολλαπλασιασμός Δίνονται P 1 (x) = x + x + 1 P (x) = x 3-15 Ζητείται το P(x) = P 1 (x) P (x)» p1x=[1 1]; (διάνυσμα συντελεστών του P 1 (x) )» px=[1 0 0-15]; (διάνυσμα συντελεστών του P (x) )» px=conv(p1x,px) (εντολή πολλαπλασιασμού του P 1 (x) επί το P (x) ) px = 1 1-15 -30-15 (συντελεστές του P(x) ) Άρα P(x) = x 5 + x 4 + x 3-15x - 30x - 15 Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου - Σελίδα 5 -

ΧΕΙΡΙΣΜΟΣ ΠΟΛΥΩΝΥΜΩΝ ( Παράδειγμα ) Ρίζες P(x) = x 3 - x - 5x + 6 = 0» px=[1 - -5 6]; (διάνυσμα συντελεστών του P(x) )» r=roots(px) (εντολή εύρεσης ριζών) r = Άρα r 1 = 3 r = - r 3 = 1 3.0000 -.0000 (ρίζες) 1.0000 Ανάκτηση συντελεστών από τις ρίζες r 1 = 3 r = - r 3 = 1 Άρα» r=[3-1]; (διάνυσμα ριζών)» px=poly(r) (εντολή εύρεσης συντελεστών) px = P(x) = x 3 - x - 5x + 6 1 - -5 6 (συντελεστές) - Σελίδα 6 - Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου

Συνάρτηση Μεταφοράς Πεδίο του χρόνου (t) Πεδίο της μιγαδικής συχνότητας (s) x(t) (Σ) y(t) X(s) (Σ) Y(s) Δ.Ε. G(s) X(s) = L{x(t)} Y(s) = L{y(t)} Συνάρτηση μεταφοράς (transfer function) ενός γραμμικού, μη χρονικά μόνιμου συστήματος (Σ) καλείται ο λόγος της μετασχηματισμένης κατά Laplace συνάρτησης εξόδου προς τη μετασχηματισμένη κατά Laplace συνάρτηση εισόδου, όταν θεωρηθούν μηδενικές οι αρχικές συνθήκες. G( s) = Y( s) X( s) Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου - Σελίδα 7 -

Εισαγωγή της Συνάρτησης Μεταφοράς στο περιβάλλον MATLAB ( Παράδειγμα ) Για την εισαγωγή της Συνάρτησης Μεταφοράς : G( s) Υ(s) = = Χ(s) 3 s + 3 s + 6s + 11s + 6 στο περιβάλλον MATLAB χρησιμοποιούμε την εντολή tf(...) (transfer function). Ακολουθούμε τα εξής βήματα : 1. Εισάγουμε τα πολυώνυμα αριθμητή (numerator) και παρονομαστή (denominator) πληκτρολογώντας : num = [ 3 ] ; den = [ 1 6 11 6 ] ;. Εισάγουμε τη Συνάρτηση Μεταφοράς G(s) πληκτρολογώντας : gs = tf(num,den) 3. Πατώντας Enter παίρνουμε την απόκριση του προγράμματος : Transfer function: s + 3 ----------------------------- s^3 + 6 s^ + 11 s + 6 - Σελίδα 8 - Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου

Για τη συνάρτηση π.χ. f(t) = e t Σημειώσεις για τη χρήση του MATLAB στα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Μετασχηματισμός Laplace ( Παράδειγμα ) 1. Ορίζουμε τις συμβολικές μεταβλητές s και t γράφοντας : syms s t ;. Εισάγουμε τη συνάρτηση f(t) πληκτρολογώντας : ft = exp(t) ; 3. Εισάγουμε τη συνάρτηση laplace πληκτρολογώντας : fs = laplace(ft) 4. Πατώντας Enter λαμβάνουμε : fs = 1 1/(s-1) δηλαδή f( s) = s 1 Αντίστροφος Μετασχηματισμός Laplace ( Παράδειγμα ) 1 Για τη συνάρτηση f( s) = s 1 1. Ορίζουμε τις συμβολικές μεταβλητές s και t γράφοντας : syms s t ;. Εισάγουμε τη συνάρτηση f(s) πληκτρολογώντας : fs = 1/(s -1) ; 3. Εισάγουμε τη συνάρτηση ilaplace πληκτρολογώντας : ft = ilaplace(fs) 4. Πατώντας Enter λαμβάνουμε : ft = exp(t) δηλαδή f(t) = e t Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου - Σελίδα 9 -

Μορφές της Συνάρτησης Μεταφοράς Πολυωνυμική μορφή G( s) Υ(s) = = Χ(s) b m m m 1 m 1 n 1 n 1 s + b s +... + b s + b n 1 0 s + a s +... + a s + a 1 0 Αναλυτική μορφή μηδενικών τιμών και πόλων G( s) = K (s z 1) (s z )... (s z m) (s p ) (s p )... (s p ) 1 n όπου z 1, z,..., z m οι μηδενικές τιμές (zeros) του συστήματος (δηλ. οι ρίζες της Y(s) = 0) p 1, p,..., p n οι πόλοι (poles) του συστήματος (δηλ. οι ρίζες της X(s) = 0) K το κέρδος (gain) του συστήματος Μορφή μερικών κλασμάτων G(s) = c1 s p 1 c + +... + s p cn s p n + K(s) όπου c 1, c,..., c n οι γραμμικοί συντελεστές p 1, p,..., p n οι πόλοι K(s) ο ακέραιος όρος - Σελίδα 10 - Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου

Μορφές της Συνάρτησης Μεταφοράς Παράδειγμα Πολυωνυμική μορφή G( s) Υ(s) = = Χ(s) 3 s + 3 s + 6s + 11s + 6 Αναλυτική μορφή μηδενικών τιμών και πόλων Y( s) = s + 3 = 0 z = 15. μηδενική τιμή (zero) p1 = 3 3 X( s) = s + 6s + 11s + 6 = 0 p = πόλοι (poles) p = 3 1 K = κέρδος οπότε G( s) = K s z (s p ) (s p ) (s p ) 1 3 = s ( 1.5) [s ( 3)] [s ( )] [s ( 1)] G( s) = s+ 1.5 (s+ 3) (s+ ) (s+ 1) Μορφή μερικών κλασμάτων c1 = 15. Γραμμικοί συντελεστές : c = 1 c3 = 0. 5 & Ακέραιος όρος : K( s) = 0 οπότε c1 c c3 G(s) = + + + K(s) = 15. 1 0. 5 + + + 0 s p s p s p s ( 3) s ( ) s ( 1) 1 3 G(s) = 15. s + 1 + s + 0. 5 3 + s + 1 Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου - Σελίδα 11 -

Μηδενικές τιμές, Πόλοι και Κέρδος Συνάρτησης Μεταφοράς ( Παράδειγμα ) Για τον υπολογισμό Μηδενικών τιμών (zeros) z, Πόλων (poles) p και Κέρδους (gain) Κ της Συνάρτησης Μεταφοράς : G( s) Υ(s) = = Χ(s) 3 s + 3 s + 6s + 11s + 6 χρησιμοποιούμε την εντολή [ z, p, k ]=tf zp(...) ως εξής :» num=[ 3];» den=[1 6 11 6];» [z,p,k]=tfzp(num,den) z = -1.5000 p = -3.0000 -.0000-1.0000 k = - Σελίδα 1 - Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου

Γραμμικοί συντελεστές, Πόλοι και Ακέραιος όρος Συνάρτησης Μεταφοράς ( Παράδειγμα ) Για τον υπολογισμό Γραμμικών συντελεστών c, Πόλων p και Σταθερού όρου K(s) της Συνάρτησης Μεταφοράς : G( s) Υ(s) = = Χ(s) 3 s + 3 s + 6s + 11s + 6 χρησιμοποιούμε την εντολή [ c, p, k ]=residue(...) ως εξής :» num=[ 3];» den=[1 6 11 6];» [c,p,k]=residue(num,den) c = -1.5000 1.0000 0.5000 p = -3.0000 -.0000-1.0000 k = [] Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου - Σελίδα 13 -

Γράφημα Πόλων και Μηδενικών τιμών Συνάρτησης Μεταφοράς ( Παράδειγμα ) Το γράφημα Πόλων p και Μηδενικών τιμών z (οι πόλοι σημειώνονται με "x" και οι μηδενικές τιμές με "ο") της Συνάρτησης Μεταφοράς : G( s) Υ(s) = = Χ(s) 3 s + 3 s + 6s + 11s + 6 λαμβάνεται χρησιμοποιώντας την εντολή pzmap(...) ως εξής :» num=[ 3];» den=[1 6 11 6];» pzmap(num,den) - Σελίδα 14 - Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου

Γράφημα Πόλων και Μηδενικών τιμών Συνάρτησης Μεταφοράς ( Παράδειγμα ) 1 Pole zero map 0.5 Imag Axis 0-0.5-1 -3 -.5 - -1.5-1 -0.5 0 Real Axis (Οι Πόλοι σημειώνονται με "x" και οι Μηδενικές τιμές με "ο") Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου - Σελίδα 15 -

Η μοναδιαία βηματική συνάρτηση Ορισμός : u( t) = 1 0 απροσδιόριστη για για για t > 0 t < 0 t = 0 Γραφική παράσταση : u(t) 1 0 t - Σελίδα 16 - Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου

Χρονική απόκριση συστήματος ης τάξης Συνάρτηση μεταφοράς : G( s) Υ(s) = = Χ(s) s ω 0 0 0 + ζω s + ω όπου ω 0 κυκλική ιδιοσυχνότητα συστήματος ζ συντελεστής απόσβεσης ταλαντώσεων (damping factor) Όταν στην είσοδο του συστήματος εφαρμοσθεί η μοναδιαία βηματική συνάρτηση (unit step function) u(t) ή U(s) = 1/s, τότε Αν Πόλοι της Συνάρτησης Μεταφοράς G(s) Χρονική απόκριση συστήματος y(t) ζ = 0 φανταστικοί συζυγείς συντηρούμενη ταλάντωση με συχνότητα ω 0 και πλάτος 1 0 < ζ < 1 μιγαδικοί συζυγείς φθίνουσα ταλάντωση που τείνει να λάβει την τιμή 1 ζ = 1 διπλός πόλος : πραγματικός αριθμός χωρίς ταλάντωση και τείνει ασυμπτωτικά στην τιμή 1 Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου - Σελίδα 17 -

Χρονική απόκριση συστήματος ης Εφαρμογή τάξης Συνάρτηση μεταφοράς : G( s) Υ(s) = = Χ(s) s ω 0 0 0 + ζω s + ω Για δεδομένη κυκλική ιδιοσυχνότητα ω 0 και συντελεστή απόσβεσης ταλαντώσεων ζ : η Συνάρτηση Μεταφοράς οι Πόλοι και το Γράφημα της Χρονικής απόκρισης y(t) του συστήματος, όταν στην είσοδο εφαρμοσθεί η μοναδιαία βηματική συνάρτηση u(t) προκύπτει, στο περιβάλλον Matlab, ως εξής :» w= εδώ εισάγεται η κυκλική ιδιοσυχνότητα του συστήματος ω 0 ;» z= εδώ εισάγεται ο συντελεστής απόσβεσης ταλαντώσεων ζ» num=[w^];» den=[1 *z*w w^];» gs=tf(num,den)» p=pole(gs)» step(gs) - Σελίδα 18 - Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου

Ασκήσεις 1. Βρείτε με τη χρήση του MATLAB το μετασχηματισμό Laplace των συναρτήσεων : a) f ( 1 t ) = sin wt b) f ( t ) = cos wt c) f ( t) = e t sin t 3 5. Αποτυπώστε στο φύλλο έργου τον τρόπο εισαγωγής στο MATLAB των παρακάτω συναρτήσεων μεταφοράς : a) G ( s) = b) G ( s) = c) G ( s) = 1 3 s 4 s 3s + 5 s + s 1 5s s + s + s 3 s s 1 3. Αποτυπώστε στο φύλλο έργου ποιες συναρτήσεις μεταφοράς αντιστοιχούν στα παρακάτω ζεύγη αριθμητών και παρονομαστών : a) num1 = [1 3], den1 = [4 5 6] b) num = [1 9 0 5], den = [1 -] c) num3 = [1 0 1], den3 = [1. -3 0 ] 4. Βρείτε (κάνοντας χρήση του MATLAB) και σημειώστε στο φύλλο έργου τον αντίστροφο μετασχηματισμό Laplace μιας εκάστης των ακολούθων συναρτήσεων μεταφοράς : 1 a) G1( s) = s 1 b) G( s) = 5s s + c) G ( s) = s 3 1 + s + Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου - Σελίδα 19 -

5. Απεικονίστε γραφικά τα αποτελέσματα της προηγούμενης άσκησης (πεδίο του χρόνου) κάνοντας χρήση της εντολής fplot. (Σχεδιάστε στο φύλλο έργου τις γραφικές παραστάσεις). Ως εξής : a) t = 0 έως 10 b) t = 0 έως 100 c) t = 0 έως 50 6. Για τη συνάρτηση μεταφοράς s+ G(s) = s +6s+5 να δοθούν : a) η αναλυτική μορφή μηδενικών τιμών και πόλων b) η μορφή μερικών κλασμάτων c) το γράφημα πόλων και μηδενικών τιμών 7. Για συνάρτηση μεταφοράς της μορφής : G( s) = s ω 0 + ζω s + ω 0 0 να δοθούν, με τη βοήθεια του Matlab : η ίδια η συνάρτηση μεταφοράς οι πόλοι το γράφημα της χρονικής απόκρισης, όταν στην είσοδο εφαρμοσθεί η μοναδιαία βηματική συνάρτηση για ω 0 = 10 και a) ζ = 0 b) ζ = 0.1 c) ζ = 1 - Σελίδα 0 - Κ. Νασόπουλος - Α. Χρηστίδου