Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Σχετικά έγγραφα
Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Κλασική Θεωρία Ελέγχου

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 15: Ολοκληρώματα Με Ρητές Και Τριγωνομετρικές Συναρτήσεις Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 5: Παράγωγος Πεπλεγμένης Συνάρτησης, Κατασκευή Διαφορικής Εξίσωσης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 14: Ολοκλήρωση Κατά Παράγοντες, Ολοκλήρωση Ρητών Συναρτήσεων Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 17: Αριθμητική Ολοκλήρωση, Υπολογισμός Μήκους Καμπύλης Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Ιστορία της μετάφρασης

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 9: Κίνηση Σε Πολικές Συντεταγμένες. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Λογισμός 3. Ενότητα 19: Θεώρημα Πεπλεγμένων (γενική μορφή) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 13: Ακτίνα Σύγκλισης, Αριθμητική Ολοκλήρωση, Ολοκλήρωση Κατά Παράγοντες. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 16: Ολοκλήρωση Τριγωνομετρικών Συναρτήσεων, Γενικευμένα Ολοκληρώματα Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 6

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΑΝΟΙΚΤΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Γενικά Μαθηματικά Ι Ενότητα 11 : Ακολουθίες και Σειρές Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Ενότητα 2 η : ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ

Ενότητα 6: Ακρότατα συναρτησιακών διανυσματικών συναρτήσεων. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 6: Ακρότατα Συνάρτησης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 1: Συναρτήσεις και Γραφικές Παραστάσεις. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

Λογισμός 3. Ενότητα 18: Θεώρημα Πεπλεγμένων (Ειδική περίπτωση) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Οικονομία των ΜΜΕ. Ενότητα 7: Μορφές αγοράς και συγκέντρωση των ΜΜΕ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 7: Σειρές Taylor, Maclaurin. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 8: Εφαρμογές Σειρών Taylor. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Παράκτια Τεχνικά Έργα

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Ιστορία της μετάφρασης

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Οδοποιία IΙ. Ενότητα 14: Υπόδειγμα σύνταξης τευχών θέματος Οδοποιίας. Γεώργιος Μίντσης ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 3. Ενότητα 13: Τύπος του Taylor. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 19: Υπολογισμός Εμβαδού και Όγκου Από Περιστροφή (2 ο Μέρος) Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Οικονομία των ΜΜΕ. Ενότητα 9: Εταιρική διασπορά και στρατηγικές τιμολόγησης

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Συμπεριφορά Καταναλωτή

Αξιολόγηση και ανάλυση της μυϊκής δύναμης και ισχύος

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Μαθηματική Ανάλυση ΙI

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ. Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων. Άσκηση 3η. Στυλιανού Ιωάννης. Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών

Αξιολόγηση μεταφράσεων ιταλικής ελληνικής γλώσσας

Φ 619 Προβλήματα Βιοηθικής

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Ενότητα 4: Εισαγωγή στο Λογισμό Μεταβολών. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 6

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 1

Μαθηματικά Και Στατιστική Στη Βιολογία

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 3

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

Διοικητική Λογιστική

Γεωργική Εκπαίδευση Ενότητα 9

Διπλωματική Ιστορία Ενότητα 2η:

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Διδακτική της Πληροφορικής

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Στρατηγικό Μάρκετινγκ

Λογισμός 3. Ενότητα 12:Οι κλασικοί μετασχηματισμοί και ο κανόνας της αλυσίδας. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Transcript:

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Ενότητα 9: Περιγραφή συστημάτων στο πεδίο της συχνότητας Νίκος Καραμπετάκης

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Περιεχόμενα Ενότητας Περιγραφή συστημάτων στο πεδίο της συχνότητας. 4

Σκοποί Ενότητας Περιγραφή συστημάτων στο πεδίο της συχνότητας. 5

Περιγραφή συστημάτων στο πεδίο της συχνότητας (1) Έστω το αιτιατό, γραμμικό και χρονικά αναλλοίωτο σύστημα (με μηδενικές αρχικές συνθήκες) y t = Fx t Τότε τ= y t = h t t = h τ x t τ dτ τ=0 όπου h(t) η κρουστική απόκριση του συστήματος. Αν x(t) = 0, για t < 0 τ=t y t = h x t = h τ x t τ dτ τ=0, t > 0, (1) 6

Περιγραφή συστημάτων στο πεδίο της συχνότητας (2) Θεωρώντας το μετασχηματισμό Laplace της (1) και κάνοντας χρήση του μετασχηματισμού Laplace της συνέλιξης, έχουμε Ο λόγος Y s = H s X s y t Y s, h t H s, x t X s H s = Y s X s του μετασχηματισμού Laplace της εξόδου y t Y s δια του μετασχηματισμού Laplace της εισόδου x t X s ονομάζεται συνάρτηση μεταφοράς (transfer function) του συστήματος. X() s Ys () Hs () 7

Παράδειγμα 1 Έστω ότι η είσοδος x t = e t u t εφαρμόζεται σε ένα γραμμικό και χρονικά αναλλοίωτο σύστημα και η έξοδος είναι y t = 2 3e t + e 2t cosωt, t 0 H s = Y s = 2 3 + s+2 1 και X s = s s+1 s+2 2 +4 s+1 2 Y s X s = s 3 s + 1 + s + 2 s + 2 2 + 4 = 1 = 2 s + 1 s 3 s + 1 s + 1 s + 2 s + 2 2 + 4 = s2 + 2s + 16 s 3 + 4s 2 + 8s 8

Παράδειγμα 2 (1) y(t)=αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace του H(s)X(s). Παράδειγμα: Να βρεθεί η συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος (κυκλώματος) Από το νόμο Kirkhoff R 1 C v () t εισ it () v () t εξ R 2 v εισ t = i t R 1 + 1 τ=t i τ dτ + i t R C 2, 2 τ=0 i t I s, v εισ t V εισ s 9

Παράδειγμα 2 (2) Μετασχηματίζοντας κατά Laplace την (2), έχουμε την V εισ s = I s R 1 + 1 Cs I s + I s R 2 V εισ s = R 1 + 1 Cs + R 2 I s Η τάση v εισ t στην έξοδο είναι τ=t v εξ t = 1 i τ dτ + i t R C 2, 3 τ=0 Μετασχηματίζοντας κατά Laplace την (3), έχουμε την V εξ s = 1 Cs I s + I s R 2 = 1 Cs + R 2 I s 10

Παράδειγμα 2 (3) Η συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος (κυκλώματος) είναι H s = V 1 εξ s V εισ s = Cs + R 1 2 I s R 1 + 1 = Cs + R 2 Cs + R 2 I s R 1 + 1 Cs + R 2 1 + R 2 Cs = Cs 1 + R 2 Cs = 1 + R 1 Cs + R 2 Cs 1 + R 1 C + R 2 C s Cs 1 + bs = 1 + a + b s, a = R 1C, b = R 2 C Για a = 1, b = 1, H s = 1+bs 1+ a+b s = 1+s 1+2s 11

Συνάρτηση Μεταφοράς (1) Έστω d n y t d n 1 y t dy t a n dt n + a n 1 dt n 1 + + a 1 + a dt 0 y t d m x t = b m dt m + b d m 1 x t m 1 dt m 1 + + b 0 x t Ορισμός. Η συνάρτηση μεταφοράς του παραπάνω συστήματος ορίζεται ως ο λόγος του μετασχηματισμού Laplace της εξόδου y(t) προς τον μετασχηματισμό Laplace της εισόδου x(t) με την προϋπόθεση ότι όλες οι αρχικές συνθήκες του συστήματος είναι μηδέν. 12

Συνάρτηση Μεταφοράς (2) H s = L y t L x t = Y s X s = b ms m + b m 1 s m 1 + + b 0 a n s n + a n 1 s n 1 + + a 1 s + a 0 X s H s Y s Y s = H s X s 13

Μηδενικά Πόλοι - Χαρακτηριστικό πολυώνυμο του συστήματος Ορισμός. Έστω ότι η συνάρτηση μεταφοράς ενός γραμμικού μη χρονικά μεταβαλλόμενου συστήματος αναλύεται ως H s = b m s z m 1 1 s z μ a n s p n 1 1 s p n k k = b ms m + b m 1 s m 1 + + b 0 a n s n + a n 1 s n 1 + + a 1 s + a 0 Οι μιγαδικές τιμές z 1, z 2,, z μ ονομάζονται μηδενικά του συστήματος, ενώ οι μιγαδικές p 1, p 2,, p k ονομάζονται πόλοι του συστήματος. Το πολυώνυμο a n s n + a n 1 s n 1 + + a 1 s + a 0 ονομάζεται χαρακτηριστικό πολυώνυμο του συστήματος. m μ 14

Παράδειγμα 3 (1) Έστω το σύστημα d 2 y t dt 2 + a dy t + k F t y t = m dt m m m = 1, a = 5, k = 6 d 2 y t dy t F t dt 2 + 5 + 6y t = dt m Μηδενικές αρχικές συνθήκες 15

Παράδειγμα 3 (2) s 2 y s + 5sy s + 6y s = F s s 2 + 5s + 6 y s = F s 1 H s = s 2 + 5s + 6 = 1 s + 2 s + 3 Οι πόλοι του συστήματος είναι p 1 = 2 και p 2 = 3. Μηδενικά δεν υπάρχουν. 16

Παράδειγμα 4 (1) Εάν υποθέσουμε ότι η γωνία θ(t) είναι μικρή να βρεθεί η συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος δεδομένου ότι η έξοδος είναι η θ(t) και η είσοδος η x(t). Μικρή γωνία θ(t) έχω cos θ t = 1 και sin θ t θ t. 17

Παράδειγμα 4 (2) Μηδενικές αρχικές συνθήκες J + ml 2 s 2 θ s mglθ s + mls 2 d s = 0 M + m s 2 d s + mls 2 θ s = x s s 2 d s = ml 1 M + m s2 θ s + x s M + m J + ml 2 s 2 ml θ s mglθ s + ml M + m s2 θ s + J + ml 2 m2 L 2 M + m s2 mgl θ s = ml2 M + m x s M + m x s 18

Παράδειγμα 4 (3) H s = θ s x s = ml 2 JM + Jm + mml 2 s 2 mgl M + m 19

Στοιχεία ενός block διαγράμματος 20

Συνδεσμολογία Παράλληλη σύνδεση (1) Y s = Y 1 s + Y 2 s Y 1 s = H 1 s X s Y 2 s = H 2 s X s Y s = H 1 s X s + H 2 s X s = H 1 s + H 2 s X s = H s X s H s = H 1 s + H 2 s 21

Συνδεσμολογία Παράλληλη σύνδεση (2) G e s = ±G 1 s ± G 2 s ± G 3 s 22

Συνδεσμολογία Σύνδεση σε σειρά (1) Y s = Y 2 s = Η 2 s Y 1 s Y 1 s = H 1 s X s Y s = Η 2 s H 1 s X s = Η 2 s H 1 s X s = H s X s H s = Η 2 s H 1 s 23

Συνδεσμολογία Σύνδεση σε σειρά (2) G e s = G 3 s G 2 s G 1 s 24

Συνδεσμολογία Ανάδραση εξόδου (1) Y s = Y 1 s = H 1 s X 1 s Χ 1 s = X s Y 2 s Y 2 s = H 2 s Y s Y s = H 1 s X s H 2 s Y s 1 + H 1 s H 2 s Y s = H 1 s X s H s H 1 s = 1 + H 1 s H 2 s 25

Συνδεσμολογία Ανάδραση εξόδου (2) Y s = Y 1 s = H s Y c s Y c s = H c s X s X c s = X s Y s Y s = H s H c s X s Y s 1 + H s H c s Y s = H s H c s X s H s = H 1 s H c s 1 + H 1 s H c s 26

Συνδεσμολογία Ισοδύναμες μορφές (1) 27

Συνδεσμολογία Ισοδύναμες μορφές (2) 28

Παράδειγμα 5 (1) 29

Παράδειγμα 5 (2) 30

Παράδειγμα 5 (3) 31

Παράδειγμα 6 (1) 32

Παράδειγμα 6 (2) 33

Παράδειγμα 6 (3) 34

Παράδειγμα 6 (4) 35

Παράδειγμα 7 (1) G s = k s s + 5 k 1 + s s + 5 = k s 2 + 5s + k 36

Παράδειγμα 7 (2) G s = 25 s s + 5 25 1 + 25 = s 2 + 5s + 25 s s + 5 ω n = 25 = 5 2ζω n = 5 ζ = 0,5 37

Παράδειγμα 7 (3) T p = ω n π = 0,726 second 1 ζ2 ζπ %OS = e 1 ζ 2 100 = 16,303 Τ s = 4 = 1.6 seconds ζω n 38

Πριν από ανάδραση εξόδου 39

Μετά από ανάδραση εξόδου 40

Παράδειγμα 7 (4) Αν θέλω overshoot %OS=10% ; K T s = s 2 + 5s + K 2ζω n = 5 ω n = K ζ = 5, K = 17.9 2 K ln %OS/100 %OS=10% ζ = ζ = 0.591 π 2 + ln 2 %OS/100 41

Παράδειγμα 7 (5) 42

Παράδειγμα 7 (6) 43

Παράδειγμα 8 (1) 44

Παράδειγμα 8 (2) y s = G s r 1 s = G s C s r s = G s C s r 2 s r 3 s = G s C s F s u s H s y s 1 + G s C s H s y s = G s C s F s u s G s C s F s y s = u s 1 + G s C s H s 45

Παράδειγμα 8 (3) r s = r 2 s r 3 s = F s u s H s y s = F s u s H s G s r 1 s = = F s u s H s G s C s r s 1 + H s G s C s r s = F s u s r s = F s 1 + H s G s C s u s 46

Παράδειγμα 8 (4) Sisotool >>sys=zpk([],[0,-5],1) Zero/pole/gain: 1/s(s+5) >>sisotools 47

Παράδειγμα 8 (5) 48

Παράδειγμα 8 (6) 49

Σταθερά σφάλματος θέσης K p (1) Μέτρο σφάλματος στη μόνιμη κατάσταση ισορροπίας, μεταξύ της εισόδου και της εξόδου, όταν η είσοδος του συστήματος μοναδιαίας ανάδρασης τύπου l διεγείρεται από την μοναδιαία βηματική συνάρτηση. G s = KB 1 s s l B 2 s e s = v s y s = v s G s e s 50

Σταθερά σφάλματος θέσης K p (2) I + G s e s = v s e s = I + G s 1 v s e e = lim s 0 s I + G s K p = lim s 0 G s = = lim t e t = 1 1 + K p = 1 v s KB 1 0 l = 0 B 2 0 l > 0 B 2 0 l = 0 B 2 0 + KB 1 0 0 l > 0 51

Σταθερά σφάλματος ταχύτητας K u (1) Μέτρο σφάλματος στη μόνιμη κατάσταση ισορροπίας, μεταξύ της εισόδου και της εξόδου, όταν η είσοδος του συστήματος μοναδιαίας ανάδρασης τύπου l διεγείρεται από την μοναδιαία συνάρτηση κλίσης. G s = KB 1 s s l B 2 s 52

Σταθερά σφάλματος ταχύτητας K u (2) e = lim s 0 s I + G s 1 v s = lim s 0 s e K u = lim s 0 sg s = = lim t e t = 1 K u = 1 1 s 2 = lim s 0 1 + G s 0 l = 0 KB 1 0 B 2 0 l = 1 l > 1 l = 0 B 2 0 KB 1 0 l = 1 0 l > 1 1 sg s 53

Σταθερά σφάλματος επιτάχυνσης K α (1) Μέτρο σφάλματος στη μόνιμη κατάσταση ισορροπίας, μεταξύ της εισόδου και της εξόδου, όταν η είσοδος του συστήματος μοναδιαίας ανάδρασης τύπου l διεγείρεται από την μοναδιαία συνάρτηση παραβολής u = t 2 /2. G s = KB 1 s s l B 2 s 54

Σταθερά σφάλματος επιτάχυνσης K α (2) 0 l = 0,1 K a = lim s 2 G s s 0 KB = 1 0 B 2 0 l = 2 l > 2 e = lim s I + G s s 0 1 v s 1 = lim s 0 s 2 G s l = 0,1 e = lim t e t = 1 K a = B 2 0 l = 2 KB 1 0 0 l > 2 55

Κανόνας του Mason (1) Συσχέτιση του λειτουργικού διαγράμματος (block diagram) με το διάγραμμα ροής σήματος (signal flow graph) Διάγραμμα ροής σήματος Λειτουργικό διάγραμμα Κόμβος εισόδου Σήμα εισόδου Κόμβος εξόδου Σήμα εξόδου Κλάδος Block Κόμβος Σήμα 56

Κανόνας του Mason (2) 57

Κανόνας του Mason (3) 58

Διάγραμμα Ροής Σήματος Συστήματα σε σειρά 59

Διάγραμμα Ροής Σήματος Παράλληλα Συστήματα 60

Κανόνας του Mason (4) Συσχέτιση του λειτουργικού διαγράμματος (block diagram) με το διάγραμμα ροής σήματος (signal flow graph) Σύστημα με ανάδραση Συνάρτηση μεταφοράς G 1 s = G s 1 ± G s H s 61

Λειτουργικό διάγραμμα 62

Διάγραμμα Ροής Σήματος Συστήματα με ανάδραση Διάγραμμα ροής σήματος (το σήμα ανάδρασης θεωρείται ότι αφαιρείται) 63

Γράφημα Ροής 64

Κανόνας του Mason (5) Κόμβος εισόδου (input node): ο κόμβος που έχει μόνο εξερχόμενους κλάδους από αυτόν. Κόμβος εξόδου (output node): ο κόμβος που έχει μόνο εισερχόμενους σε αυτόν, κλάδους. Διαδρομή (path): είναι μια διαδοχή κλάδων (ή τουλάχιστον ένας), που διαρρέονται από το σήμα που κυκλοφορεί μεταξύ δύο κόμβων. 65

Κανόνας του Mason (6) Βρόχος (loop): είναι μια κλειστή διαδρομή η οποία αναχωρεί από έναν κόμβο και καταλήγει στον ίδιο, διερχόμενη από τους υπόλοιπους κόμβους το πολύ μια φορά. Βρόχοι μη γειτονικοί ή ξένοι μεταξύ τους (non touching loops): Δυο βρόχοι που δεν έχουν κανένα κοινό κόμβο. Βρόχοι γειτονικοί μεταξύ τους (touching loops): Δύο βρόχοι που έχουν τουλάχιστον έναν κοινό κόμβο. 66

Κανόνας του Mason (7) Κέρδος (gain) ενός κλάδου είναι η συνάρτηση μεταφοράς του κλάδου αυτού. Κέρδος διαδρομής (path gain): είναι το γινόμενο των κερδών που αντιστοιχούν στους κλάδους που συναντούμε διατρέχοντας μια διαδρομή. 67

Κανόνας του Mason (8) Διαδρομή ορθής ροής (forward path): η διαδρομή από τον κόμβο εισόδου προς τον κόμβο εξόδου, στην οποία κάθε κόμβος περιλαμβάνεται το πολύ μια φορά. Κέρδος μιας διαδρομής ορθής ροής (forward path gain): είναι το γινόμενο των κερδών, των κλάδων, από τους οποίους αποτελείται μια τέτοια διαδρομή. 68

Κανόνας του Mason (9) Κέρδος βρόχου (loop gain): είναι το γινόμενο των κερδών των κλάδων του βρόχου. Κέρδος βρόχων ξένων μεταξύ τους (nontouching loop gain): είναι το γινόμενο των κερδών, των αντίστοιχωνξένων μεταξύ τους-βρόχων. 69

Κανόνας του Mason (Mason Rule) (1) C s G s = R s = k T k Δ k Δ k =ο αριθμός των διαδρομών ορθής ροής (forward paths) T k =το κέρδος της k-ιοστής διαδρομής ορθής ροής (forward path gain). Δ = 1 Σ(κερδών όλων των βρόχων)+σ(γινομένων των κερδών βρόχων, που αντιστοιχούν σε ζεύγη ξένων μεταξύ τους βρόχων) Σ(γινομένων των κερδών βρόχων που αντιστοιχούν σε τριάδες, ξένων μεταξύ τους βρόχων). 70

Κανόνας του Mason (Mason Rule) (2) Δ k = Δ (άθροισμα των όρων, που περιλαμβάνουν κέρδη βρόχων (loop gains), οι οποίοι (βρόχοι), άπτονται της k- οστης διαδρομής ορθής ροής (forward path). Δηλαδή η Δ k προκύπτει από τη Δ, αν μηδενίσουμε τα κέρδη εκείνων των βρόχων, οι οποίοι άπτονται των διαδρομών ορθής ροής. 71

Παράδειγμα 9 (1) Υπολογισμός της συνάρτησης μεταφοράς για σύστημα με βρόχο ανάδρασης 72

Παράδειγμα 9 (2) Ο τύπος του Mason είναι: C s G s = R s = k T k Δ k Δ Μια διαδρομή ορθής ροής P1: k = 1 Κέρδος διαδρομής: Τ 1 = G 1 s G 2 s Μόνο ένας βρόχος, άρα κέρδος βρόχου: L 1 = G 1 s G 2 s H s Ορίζουσα του συστήματος: Δ = 1 L 1 = 1 + G 1 s G 2 s H s 73

Παράδειγμα 9 (3) Είναι: Δ 1 = 1 Άρα: G s = C s R s = T 1Δ 1 Δ = G 1 s G 2 s 1 + G 1 s G 2 s H s 74

Παράδειγμα 10 (1) Υπολογισμός της συνάρτησης μεταφοράς για σύστημα που διέπεται από εσωτερικές αλληλεπιδράσεις, δύο διαδρομών. 75

Παράδειγμα 10 (2) Αριθμός διαδρομών ορθής ροής k = 2. Κέρδη διαδρομών ορθής ροής: Τ 1 = G 1 (s)g 2 (s)g 3 (s)g 4 (s) Τ 2 = G 5 (s)g 6 (s)g 7 (s)g 8 (s) 4 βρόχοι ανάδρασης: Κέρδη βρόχων: L 1 = G 2 s H 2 s, L 2 = G 3 s H 3 s, L 3 = G 6 s H 6 s, L 4 = G 7 (s)h 7 (s). Βρόχοι ξένοι μεταξύ τους: L 1, L 2 και L 3, L 4. 76

Παράδειγμα 10 (3) 77

Παράδειγμα 10 (4) Κέρδη ζευγών, βρόχων ξένων μεταξύ τους Βρόχοι (1) και (3): L 1 L 3 Βρόχοι (1) και (4): L 1 L 4 Βρόχοι (2) και (3): L 2 L 3 Βρόχοι (2) και (4): L 2 L 4 L 1 L 3 = G 2 s H 2 s G 6 s H 6 s L 1 L 4 = G 2 s H 2 s G 7 (s)h 7 (s) L 2 L 3 = G 3 (s)h 3 (s)g 6 s H 6 s L 2 L 4 = G 3 (s)h 3 (s)g 7 (s)h 7 (s) 78

Παράδειγμα 10 (5) Δ = 1 L 1 + L 2 + L 3 + L 4 + L 1 L 3 + L 1 L 4 + L 2 L 3 + L 2 L 4 Δ 1 = 1 (L 3 + L 4 ) G s = C s R s = T 1Δ 1 + T 2 Δ 2 Δ Δ 2 = 1 (L 1 + L 2 ) = G 1 s G 2 s G 3 s G 4 s 1 L 3 L 4 + G 5 s G 6 s G 7 s G 8 s 1 L 1 L 2 1 + G 1 s G 2 s H s 79

Παράδειγμα 11 (1) 80

Παράδειγμα 11 (2) Κέρδος διαδρομής προς τα εμπρός. G 1 s G 2 s G 3 s G 4 s G 5 s Τα κέρδη των βρόχων είναι G 2 s G 3 s G 4 s G 5 s G 6 s G 7 s G 8 s G 7 s H 3 s G 4 s H 2 s G 2 s H 1 s Συνδυασμοί ανά δύο: βρόχοι 2 και 3, βρόχοι 2 και 4, βρόχοι 3 και 4. Συνδυασμοί ανά τρεις: βρόχοι 2, 3 και 4. 81

Παράδειγμα 11 (3) 82

Παράδειγμα 11 (4) G s = G 1 s G 2 s G 3 s G 4 s G 5 s 1 G 7 s H 3 s Δ Δ = 1 (G 2 s G 3 s G 4 s G 5 s G 6 s G 7 s G 8 s + G 7 s H 3 s + G 4 s H 2 s + G 2 s H 1 s ) + (G 7 s H 3 s G 4 s H 2 s + G 7 s H 3 s G 2 s H 1 s + G 4 s H 2 s G 2 s H 1 s ) G 7 s H 3 s G 4 s H 2 s G 2 s H 1 s 83

Βιβλιογραφία Βαρδουλάκης Α.Ι., 2011, Εισαγωγή στη Μαθηματική Θεωρία Συστημάτων και Ελέγχου, Τόμος Α: Κλασική Θεωρία Ελέγχου, Εκδόσεις Τζιόλα. Πουλιέζος Αναστάσιος, 2013, Περί Συστημάτων Ελέγχου. Εισαγωγικό Εγχειρίδιο της Σύγχρονης Θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε. Norman Nise, 2011, Control Systems Engineering, 6th Edition, John Willey. 84

Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Νικόλαος Καραμπετάκης. «. Ενότητα 9: Περιγραφή συστημάτων στο πεδίο της συχνότητας». Έκδοση: 1.0. Θεσσαλονίκη 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://eclass.auth.gr/courses/ocrs432/ 85

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά - Παρόμοια Διανομή [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. [1] http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ 86

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 87

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Τέλος Ενότητας Επεξεργασία: Αναστασία Γ. Γρηγοριάδου Θεσσαλονίκη, Χειμερινό εξάμηνο 2014-2015