Μελέτη ευστάθειας και αστάθειας συστημάτων με το περιβάλλον Matlab

Σχετικά έγγραφα
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ

ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΠΕΔΙΟ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΚΑΙ ΤΩΝ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Παραρτήματα. Παράρτημα 1 ο : Μιγαδικοί Αριθμοί

Ευστάθεια συστημάτων

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΣΥΣΤΗMAΤΩΝ

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

website:

(είσοδος) (έξοδος) καθώς το τείνει στο.

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

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:

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Μετασχηµατισµός Laplace. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

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

Σήματα και Συστήματα

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Στα θέματα πολλαπλής επιλογής η λανθασμένη απάντηση βαθμολογείται αρνητικά όσο και η ορθή. Επιτρέπεται η χρήση του βιβλίου των Dorf & Bishop

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

Ψηφιακός Έλεγχος. 10 η διάλεξη Ασκήσεις. Ψηφιακός Έλεγχος 1

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιανουαρίου Φεβρουαρίου 2015

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου εαρινού εξαμήνου (Ιούνιος 2015)

6. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο. ΓΕΩΜΕΤΡΙΚOΣ ΤΟΠΟΣ ΤΩΝ PIZΩN ή ΤΟΠΟΣ ΕVANS

Προηγµένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιανουαρίου Φεβρουαρίου 2015

10 2a 1 0 x. 1) Να εξεταστεί η ελεγξιμότητα και η παρατηρησιμότητα του συστήματος για τις διάφορες

ΠΡΟΒΛΗΜΑ (Σεπτέμβριος 2008)

Ανάλυση Σ.Α.Ε στο χώρο κατάστασης

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ BODE ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΟ ΤΕΥΧΟΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Αντίστροφος Μετασχηματισμός Ζ. Υλοποίηση συστημάτων Διακριτού Χρόνου. Σχεδίαση φίλτρων

Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace ορίζεται από το μιγαδικό ολοκλήρωμα : + +

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ z

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

Τυπική µορφή συστήµατος 2 ας τάξης

Ευστάθεια Συστηµάτων Αυτοµάτου Ελέγχου: Αλγεβρικά κριτήρια

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

ΗΥ215 - Εφαρμοσμένα Μαθηματικά για Μηχανικούς

Υποθέστε ότι ο ρυθμός ροής από ένα ακροφύσιο είναι γραμμική συνάρτηση της διαφοράς στάθμης στα δύο άκρα του ακροφυσίου.

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου-Εργαστήριο

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

Ζητείται να εξεταστεί η ευστάθειά του κατά BIBO. Η κρουστική απόκριση του συστήματος είναι L : =

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

Μάθημα: Θεωρία Δικτύων

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΙΙ

Ζητείται να µελετηθεί το εν λόγω σύστηµα µε είσοδο βηµατική συνάρτηση δηλαδή () =(). (3)

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Σ-Λ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟY. 0, τότε είναι και παραγωγίσιμη στο σημείο αυτό.

Δυναμική Μηχανών I. Χρονική Απόκριση Συστημάτων 2 ης Τάξης

Ο Μετασχηματισμός Ζ. Ανάλυση συστημάτων με το μετασχηματισμό Ζ

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΣΕ ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Ευστάθεια, Τύποι συστημάτων και Σφάλματα

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου-Εργαστήριο

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου Χειμερινού εξαμήνου

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-215: Εφαρµοσµένα Μαθηµατικά για Μηχανικούς Εαρινό Εξάµηνο 2013 ιδάσκων : Π.

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

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

7. ΑΝΩΜΑΛΑ ΣΗΜΕΙΑ, ΠΟΛΟΙ ΚΑΙ ΤΟ ΘΕΩΡΗΜΑ ΤΩΝ ΟΛΟΚΛΗΡΩΤΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΙΠΩΝ. και σε κάθε γειτονιά του z

Παράδειγµα Θεωρείστε το σύστηµα: αυτοκίνητο επάνω σε επίπεδη επιφάνεια κάτω από την επίδραση δύναµης x( t ) : v(t)

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

() min. xt δεν έχει μετασχηματισμό LAPLACE () () () Αν Λ= το σήμα ( ) Αν Λ, έστω σ. Το σύνολο μιγαδικών αριθμών. s Q το ολοκλήρωμα (1) υπάρχει.

9 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

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

Δυναμική Μηχανών I. Συνάρτηση και Μητρώο Μεταφοράς

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

Μετασχηματισμός Z. Κυριακίδης Ιωάννης 2011

Αυτόματος Έλεγχος. Ενότητα 9 η : Σχεδίαση ελεγκτών με το γεωμετρικό τόπο ριζών. Παναγιώτης Σεφερλής

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΟΡΙΣΜΟΙ: διαφορές των αγνώστων συναρτήσεων. σύνολο τιμών. F(k,y k,y. =0, k=0,1,2, δείκτη των y k. =0 είναι 2 ης τάξης 1.

Κεφάλαιο 5. Το Συμπτωτικό Πολυώνυμο

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου χειμερινού εξαμήνου (Ιούνιος 2014)

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 11. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Theory Greek (Cyprus) Μη γραμμική δυναμική σε Ηλεκτρικά Κυκλώματα (10 μονάδες)

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ BODE ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ

website:

ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ

ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Μαθηµατικά Θετικής και Τεχνολογικής Κατεύθυνσης ΚΕΦΑΛΑΙΟ. 1 ο :Μιγαδικοί Αριθµοί

v y = 12x 2 y + 4y v(x, y) = 6x 2 y 2 + y 4 + y + c(x). f(z) = u(z, 0) + iv(z, 0) = z + i(z 4 + c), f(z) = iz 4 + z i.

Η Βασική Δομή Συστημάτων Ελέγχου Κίνησης

Κινητήρας συνεχούς ρεύματος σύνθετης διέγερσης. α) αθροιστικής σύνθετης διέγερσης

v(t) = Ri(t). (1) website:

ΚΥΡΙΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Σήματα και Συστήματα ΙΙ

Βαθµολογία Προβληµάτων ΘΕΜΑ 1 ΘΕΜΑ 2.1 ΘΕΜΑ 2.2 ΘΕΜΑ 2.3 ΘΕΜΑ 3.1 ΘΕΜΑ 3.2 ΘΕΜΑ 4 ΘΕΜΑ 5.1 ΘΕΜΑ 5.2. G(s)

Ο ΑΜΦΙΠΛΕΥΡΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Z

ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ

Κεφάλαιο 4. Απόκριση συχνότητας

Κεφάλαιο 5 Μετασχηματισμός z και Συνάρτηση μεταφοράς

Transcript:

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ Εργαστηριακές Ασκήσεις με χρήση του λογισμικού Matlab Μελέτη ευστάθειας και αστάθειας συστημάτων με το περιβάλλον Matlab ΣΚΟΠΟΣ: Ο βασικός σκοπός της άσκησης αυτής είναι η μελέτη ευστάθειας συστημάτων αυτομάτου ελέγχου. Για τον λόγο αυτό γίνεται μια σύντομη θεωρητική μελέτη της έννοιας της ευστάθειας και της αστάθειας σε συτήματα αυτομάτου ελέγχου. Στην συνέχεια γίνεται μελέτη των εννοιών αυτών με το περιβάλλον Matlab. 1. ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΚΑΙ ΑΣΤΑΘΕΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Ένα σύστημα ελέγχου λέμε ότι είναι ευσταθές, αν βρισκόμενο σε ισορροπία, διαταραχθεί από κάποιο εξωτερικό αίτιο και επανέλθει μόνο του στην αρχική κατάσταση ισορροπίας του. Σε αντίθετη περίπτωση λέγεται ασταθές. Η ευστάθεια συστημάτων έχει νόημα όταν αναφερόμαστε σε γραμμικά συστήματα, αφού για μη-γραμμικά είναι πολύ δύσκολο να ορισθεί. Έτσι ένα γραμμικό σύστημα είναι αυστηρά ευσταθές, αν το ολοκλήρωμα σε άπειρο χρόνο της απόλυτης τιμής της κρουστικής απόκρισης h(t) είναι πεπερασμένο, δηλαδή:

lim t h( t) dt M που απαιτεί: h ( ) t Επιπλέον, ένα γραμμικό σύστημα λέγεται περιθωριακά ευσταθές, αν: h ( t) M Στη συνέχεια θα αναφερθούμε στην ευστάθεια στο μιγαδικό s - επίπεδο και στο κριτήριο του μοναδιαίου κύκλου. Ευστάθεια στο Μιγαδικό s - Επίπεδο (s-domain) Η ευστάθεια ενός γραμμικού συστήματος μπορεί να βρεθεί από τη θέση των πόλων της χαρακτηριστικής εξίσωσης (Χ.Ε.) στο μιγαδικό s - επίπεδο (s-domain). jω s - domain σ Περιοχή Ευστάθειας Σχήμα 1 Αυστηρά Ευσταθές: οι πόλοι της Χ.Ε. βρίσκονται στο αριστερό ημιεπίπεδο του s-domain και εκτός του άξονα jω. Περιθωριακά Ευσταθές: οι πόλοι βρίσκονται στο αριστερό ημιεπίπεδο και αν υπάρχουν στον άξονα jω, αυτοί είναι απλοί. Ασταθές: ένας τουλάχιστον πόλος βρίσκεται στο δεξιό ημιεπίπεδο, ή και πολλαπλά ζεύγη πόλων υπάρχουν στον άξονα jω.

Δυνητικά ασταθές: οι πόλοι βρίσκονται στο αριστερό ημιεπίπεδο και ένας διπλός συζυγής στον άξονα jω. Κριτήριο του μοναδιαίου κύκλου Από τον ορισμό του μετασχηματισμού - z έχουμε: st z e όπου s j Άρα : st j T z e e z e st Όπως αναφέραμε προηγουμένως, ένα γραμμικό σύστημα είναι ευσταθές αν οι πόλοι της χαρακτηριστικής εξίσωσης βρίσκονται στο αριστερό ημιεπίπεδο του s - domain, δηλαδή θα πρέπει σ < και επομένως: z 1 Επομένως ένα γραμμικό σύστημα είναι ευσταθές, αν οι πόλοι της χαρακτηριστικής του εξίσωσης βρίσκονται στο εσωτερικό του κύκλου του μιγαδικού επιπέδου με ακτίνα μονάδα Im(z) z - domain z =1 Re(z) Περιοχή Ευστάθειας Σχήμα

Σύστημα για μελέτη Το σύστημα υπό μελέτη είναι ένα ηλεκτρομηχανικό σύστημα το οποίο χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των στροφών ενός DC κινητήρα. Το ηλεκτρικό κύκλωμα του τυμπάνου και το σχήμα του ρώτορα παρουσιάζονται στο παρακάτω σχήμα: Για το παράδειγμα που εξετάζουμε, θα θεωρήσουμε τις παρακάτω τιμές για τις φυσικές παραμέτρους: Ροπή αδράνειας του κινητήρα J =.1 kg. m /s Ρυθμός απόσβεσης μηχανικού συστήματος b =.1 Nms Σταθερά ηλεκτροκινητήριας δύναμης Κ = Κe = Kt =.1 Nm/Amp Ηλεκτρική αντίσταση R = 1Ω Αυτεπαγωγή πηνίου L =.5 H Είσοδος V: πηγή τάσεως Έξοδος θ: θέση περιστροφής Ο δίσκος και η περιστροφή θεωρούνται σταθερά

Για το σύστημα αυτό η συνάρτηση μεταφοράς που προσδιορίστηκε στην άσκηση 1 είναι η ακόλουθη: H ( s).5s.1.6s.11 ενώ οι εξισώσεις του χώρου κατάστασης και οι αντίστοιχοι πίνακες όπως αυτές προσδιορίστηκαν στην άσκηση 1 είναι A 1. 1 B C 1 D. ΜΕΛΕΤΗ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΜΕ ΤΟ MATLAB Αναφορικά με την ευστάθεια των συστημάτων, το λογισμικό Matlab μας παρέχει έναν εύκολο τρόπο εύρεσης της θέσης των πόλων της χαρακτηριστικής εξίσωσης του συστήματος. Με τη γραφική αναπαράσταση των πόλων ενός συστήματος, ο σχεδιαστής είναι σε θέση να αποφανθεί αν το σύστημα που μελετάει είναι ευσταθές, ενώ σε αντίθετη περίπτωση τροποποιώντας τη συνάρτηση μεταφοράς να μετατρέψει ένα ασταθές σύστημα σε ευσταθές. Η γραφική απεικόνιση των πόλων της χαρακτηριστικής εξίσωσης γίνεται με την εντολή [r,k]=rlocus(num,den,m), όπου num και den περιέχουν τους συντελεστές των πολυωνύμων του αριθμητή και του παρονομαστή της χαρακτηριστικής εξίσωσης ανοικτού βρόχου H(s)G(s). Ομοίως μπορεί να χρησιμοποιηθεί και η εντολή [r,k]=rlocus(a,b,c,d,m) όταν το μαθηματικό μοντέλο αναπαράστασης είναι ο χώρος κατάστασης.

Imag Axis Μελέτη ευστάθειας και αστάθειας συστημάτων Χρησιμοποιώντας τις τυπικές τιμές που δώσαμε και με τη βοήθεια της εντολής που αναφέραμε, παίρνουμε το διάγραμμα που ακολουθεί: % tf_dcmotor % Stability Analysis of a DC motor clear all, close all num=[.1]; den=[.5.6.11]; rlocus(num,den) 8 6 4 - -4-6 -8-1 -8-6 -4-4 Real Axis % tf_dcmotor % Stability Analysis of a DC motor in the State Space clear all, close all A = [-1 1; -. -];

Imag Axis Μελέτη ευστάθειας και αστάθειας συστημάτων B = [; ]; C = [1 ]; D = []; rlocus(a,b,c,d) 8 6 4 - -4-6 -8-1 -8-6 -4-4 Real Axis Εντολή [r,k] = rlocus (num,den,m) [r,k]=rlocus(a,b,c,d,m) προσδιορισμός πόλων μηδενισμών για την συνάρτηση μεταφοράς... προσδιορισμός πόλων μηδενισμών χρησιμοποιώντας τους πίνακες κατάστασης

Imag Axis Μελέτη ευστάθειας και αστάθειας συστημάτων ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ: 1) Να μελετηθεί ως προς την ευστάθεια, με τους δύο τρόπους που αναπτύχθηκαν παραπάνω, το σύστημα με συνάρτηση μεταφοράς:.3 H ( s).1s.3s.. ) Να μελετηθεί ως προς την ευστάθεια, με τους δύο τρόπους που αναπτύχθηκαν παραπάνω, το σύστημα με συνάρτηση μεταφοράς:.5 H ( s).1s.5 3) Το διάγραμμα πόλων ενός συστήματος είναι το ακόλουθο: 3 1-1 - -3-1 1 3 4 Real Axis Να χαρακτηρίσετε το σύστημα ως προς την ευστάθειά του.