Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου εαρινού εξαμήνου (Ιούνιος 2015)

Σχετικά έγγραφα
Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου Χειμερινού εξαμήνου

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου χειμερινού εξαμήνου (Ιούνιος 2014)

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιανουαρίου Φεβρουαρίου 2015

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιανουαρίου Φεβρουαρίου 2015

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου χειμερινού εξαμήνου (Ιούνιος 2014)

Λύσεις θεμάτων Εξεταστικής Περιόδου Σεπτεμβρίου 2014

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

Μετασχηματισμοί Laplace

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

5. (Λειτουργικά) Δομικά Διαγράμματα

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

Ευστάθεια, Τύποι συστημάτων και Σφάλματα

Μαθηματικά μοντέλα συστημάτων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών

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

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

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

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

Ευστάθεια συστημάτων

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

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

Παραρτήματα. Παράρτημα 1 ο : Μιγαδικοί Αριθμοί

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

(είσοδος) (έξοδος) καθώς το τείνει στο.

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:

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Δυναμική Μηχανών I. Επίλυση Προβλημάτων Αρχικών Συνθηκών σε Συνήθεις. Διαφορικές Εξισώσεις με Σταθερούς Συντελεστές

Παράδειγμα 1. Δίνεται ο κάτωθι κλειστός βρόχος αρνητικής ανάδρασης με. Σχήμα 1. στο οποίο εφαρμόζουμε αρνητική ανάδραση κέρδους

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

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ι Ασκήσεις Πράξης

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

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Μαθηματικά μοντέλα συστημάτων

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Η Βασική Δομή Συστημάτων Ελέγχου Κίνησης

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

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

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 8: Αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace Εφαρμογή σε απόκριση συστήματος: Σύστημα 1 ης τάξης

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Έλεγχος Κίνησης

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

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

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

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΙΙ - Τελική εξέταση Σεπτεμβρίου 2008 ΕΠΩΝΥΜΟ (εξεταζόμενου/ης)

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

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

Σήματα και Συστήματα

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧ/ΚΩΝ & ΜΗΧ/ΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

Ερωτήσεις 1 ου Θέματος [8 Χ 0.25= 2.0 β.] Οι απαντήσεις πρέπει υποχρεωτικά νε βρίσκονται εντός του περιγεγραμμένου χώρου G()

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

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

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

x(t) = 4 cos(2π400t π/3) + 2 cos(2π900t + π/8) + cos(2π1200t) h(t) = 2000sinc(2000t) = h(t) = 2000sinc(2000t) H(f) = rect

Ψηφιακός Έλεγχος. 10 η διάλεξη Ασκήσεις. Ψηφιακός Έλεγχος 1

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Τίτλος Μαθήματος

. Οι ιδιοτιμές του 3 3 canonical-πίνακα είναι οι ρίζες της. , β) η δεύτερη είσοδος επηρεάζει μόνο το μεσαίο 3 3 πίνακα και

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Ψηφιακός Έλεγχος. 6 η διάλεξη Σχεδίαση στο χώρο κατάστασης. Ψηφιακός Έλεγχος 1

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

Βαθμολογία Προβλημάτων Θέμα (μέγιστος βαθμός) (βαθμός εξέτασης)

Επομένως το εύρος ζώνης του διαμορφωμένου σήματος είναι 2.

Αυτόματος Έλεγχος. Ενότητα 4 η : Πρότυπα μεταβλητών κατάστασης. Παναγιώτης Σεφερλής. Εργαστήριο Δυναμικής Μηχανών Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

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

website:

5.2 (α) Να γραφούν οι εξισώσεις βρόχων για το κύκλωμα του σχήματος Π5.2α. (β) Να γραφούν οι εξισώσεις κόμβων για το κύκλωμα του σχήματος Π5.

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου με Ανάδραση - Σερβομηχανισμοί

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

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ 1 ης ΤΑΞΗΣ (Κεφ. 18)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

Τυπική µορφή συστήµατος 2 ας τάξης

Δυναμική Μηχανών I. Χρονική Απόκριση Συστημάτων 2 ης Τάξης

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 5: Γραφική Μέθοδος Υπολογισμού του Συνελικτικού Ολοκληρώματος. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ι Ασκήσεις Πράξης

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΑΞΗΣ - 1 η ΣΕΙΡΑ

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

ΜΜ803 ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ

ΘΕΜΑ 2 1. Υπολογίστε την σχέση των δύο αντιστάσεων, ώστε η συνάρτηση V

Θέματα Εξετάσεων Ιουνίου 2003 στο μάθημα Σήματα και Συστήματα και Λύσεις

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

x(t) = 4 cos(2π600t π/3) + 2 cos(2π900t + π/8) + cos(2π1200t) (3)

ΠΡΟΒΛΗΜΑ (Σεπτέμβριος 2008)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

Transcript:

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου εαρινού εξαμήνου 204 5 (Ιούνιος 205) ΘΕΜΑ Ο (4,0 μονάδες) Στο παρακάτω σχήμα δίνεται το δομικό (λειτουργικό) διάγραμμα ενός συστήματος. α. Να προσδιοριστούν οι τιμές των G(s) και F(s) στο διάγραμμα του συστήματος του σχήματος 2 ώστε το σύστημα αυτό να είναι ισοδύναμο με εκείνο του σχήματος και να υπολογιστεί η συνάρτηση μεταφοράς / του συστήματος. β. Να σχεδιαστεί το ισοδύναμο διάγραμμα ροής σημάτων του δομικού διαγράμματος του σχήματος και να υπολογιστεί η συνάρτηση μεταφοράς με εφαρμογή του κανόνα του Mason. - s 5 s 0 Σχήμα G(s) Σχήμα 2 F(s) Λύση α. - G (s) G (s) s 5 s 0 / - G (s) /G (s) G (s) G (s) G (s) G (s) G (s) G(s) G (s) F(s) G (s) G (s)

G(s) G(s)F(s) G (s) G (s) [ G (s) G (s) ] G (s) G (s) ( s 5 ) ( s 0 ) ( s 5 ) ( s 0 ) (s 5)(s 0) (s 5)(s 0) (s 0) (s 5) (s 5)(s 0) (s 5)(s 0) (s 5) (s 0) s 2 5s 0s 50 s 5 s 0 s 2 7s 65 β. E (s) G (s) - E 2 (s) - E 2 (s) E 2 (s) E (s)g (s) E (s) E 2 (s) Υπάρχει μόνο ένας () απευθείας δρόμος, E (s) E 2 (s), άρα Ν. Q(s) G (s) Δ(s) ΣL ΣL 2 ΣL G (s) ΣL 2 0 Δ(s) G (s) και Δ(s) Q(s) G (s) G (s) s 2 7s 65 ΘΕΜΑ 2 Ο (4,0 μονάδες) Η συμπεριφορά ενός γραμμικού χρονικά αμετάβλητου συστήματος περιγράφεται από τη διαφορική εξίσωση: y (t) 7y (t) 2y(t) x(t) όπου x(t) η είσοδος και y(t) η έξοδος του συστήματος. Να προσδιοριστούν: α. Η συνάρτηση μεταφοράς και το χαρακτηριστικό πολυώνυμο του συστήματος (,0 μον.). β. Η κρουστική απόκριση του συστήματος (,5 μον.). γ. Η βηματική απόκριση του συστήματος με αρχικές συνθήκες y(0) 0 και y (0) (,5 μον.). Λύση: α. Παίρνοντας το μετασχηματισμό Laplace της διαφορικής εξίσωσης έχουμε: s 2 7s 2

ή [s 2 7s 2] Επομένως, η συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος είναι: s 2 7s 2 και το χαρακτηριστικό πολυώνυμο είναι: P(s) s 2 7s 2 β. Η χαρακτηριστική εξίσωση του συστήματος είναι: s 2 7s 2 0 Επιλύοντας το τριώνυμο, προκύπτουν οι πόλοι του συστήματος: π 3 και π 2 4 Επομένως η συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος μπορεί να εκφραστεί ως ακολούθως: (s π )(s π 2 ) (s 3)(s 4) Αναπτύσσοντας σε απλά κλάσματα έχουμε: c (s 3) c 2 (s 4) c (s 4) c 2 (s 3) (s 3)(s 4) Από τη σχέση αυτή προκύπτουν τα ακόλουθα: (s 4)c (s 3)c 2 sc 4c sc 2 3c 2 s(c c 2 ) 4c 3c 2 (c c 2 ) 0 και 4c 3c 2 c c 2 και 4c 2 3c 2 c και c 2 Εναλλακτικά, μπορούμε να υπολογίσουμε τα c, c 2 ως εξής: c [(s 3)] s 3 c 2 [(s 4)] s 4 (s 3) (s 4) (s 3) (s 4) Γνωρίζουμε ότι η συνάρτηση μεταφοράς ενός σταθερού γραμμικού συστήματος με μηδενικές αρχικές συνθήκες ταυτίζεται με το μετασχηματισμό Laplace της κρουστικής απόκρισης αυτού. Άρα η κρουστική απόκριση του συστήματος θα είναι ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace της συνάρτησης μεταφοράς H(s): h(t) L [H(s)] L [ (s 3) (s 4) ] L [ (s 3) ] L [ (s 4) ] Επομένως, όπως προκύπτει από τους πίνακες μετασχηματισμού Laplace, η κρουστική απόκριση του συστήματος θα είναι: h(t) e 3t e 4t γ. Η διαφορική εξίσωση του συστήματος για βηματική είσοδο είναι η εξής: y (t) 7y (t) 2y(t) u(t) και οι αρχικές συνθήκες που δίνονται είναι:

y (0) και y(0) 0 Εφαρμόζοντας μετασχηματισμό Laplace θα έχουμε: s 2 sy(0) y (0) 7s 7y(0) 2 s και αντικαθιστώντας τις αρχικές τιμές: ή s 2 7s 2 s [s 2 7s 2] s s s Άρα η θα είναι: s s(s 2 7s 72) s s(s 3)(s 4) Αναπτύσσοντας σε απλά κλάσματα θα έχουμε: όπου: K 3 K 4 K 0 s (s 3) (s 4) K 0 [s] s0 2 K 3 [(s 3)] s 3 2 3 K 4 [(s 4)] s 4 3 4 2s 2 3(s 3) 3 4(s 4) και εφαρμόζοντας τον αντίστροφο μετασχηματισμό Laplace, η βηματική απόκριση είναι: y(t) 2 2 3 e 3t 3 4 e 4t ΘΕΜΑ 3 Ο (4,0 μονάδες) Δίνεται σύστημα με συνάρτηση μεταφοράς ανοιχτού βρόχου G(s) /[(s )(s 3)], μοναδιαία αρνητική ανάδραση και ελεγκτή G C (s) /s. α. Να σχεδιαστεί το δομικό (λειτουργικό) διάγραμμα του συστήματος, να υπολογιστεί η συνάρτηση μεταφοράς και να γραφεί το χαρακτηριστικό πολυώνυμο του συστήματος κλειστού βρόχου. β. Να προσδιοριστεί το κατάλληλο εύρος τιμών του ώστε το σύστημα να είναι ευσταθές. γ. Να υπολογιστούν οι σταθερές σφαλμάτων θέσης, ταχύτητας και επιτάχυνσης, καθώς και τα αντίστοιχα σφάλματα. δ. Εάν η είσοδος του συστήματος είναι μια συνάρτηση ράμπας της μορφής x(t) Atu(t), να προσδιοριστεί το κατάλληλο εύρος τιμών του Α ώστε το σφάλμα ταχύτητας να είναι μικρότερο του 5%. Λύση: α. Το δομικό (λειτουργικό) διάγραμμα του συστήματος είναι το ακόλουθο: - G c (s) G(s) και ισοδύναμα:

- G c (s)g(s) Επομένως, η συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος κλειστού βρόχου θα είναι: G c(s)g(s) G c (s)g(s) s(s )(s 2) s(s )(s 2) s 3 3s 2 2s s(s )(s 2) και το χαρακτηριστικό πολυώνυμο του συστήματος κλειστού βρόχου θα είναι: P(s) s 3 3s 2 2s β. Για να προσδιοριστεί το εύρος τιμών του Κ για τις οποίες το σύστημα είναι ευσταθές θα πρέπει να συμπληρώσουμε τον πίνακα Routh: s 3 2 s 2 3 s 6 0 4 s 0 0 Για να είναι το σύστημα ευσταθές θα πρέπει όλα τα στοιχεία της πρώτης στήλης του πίνακα να είναι θετικοί αριθμοί, επομένως θα πρέπει να ισχύουν ταυτόχρονα 6 - > 0 και > 0. Άρα το εύρος τιμών του για τις οποίες το σύστημα είναι ευσταθές είναι: 0 < < 6 γ. Υπολογισμός σταθερών σφαλμάτων θέσης, ταχύτητας και επιτάχυνσης: p lim G c (s)g(s) lim s 0 s 0 s(s )(s 2) 0 v lim sg c (s)g(s) lim s 0 s 0 (s )(s 2) 2 a lim s 2 s G c (s)g(s) lim s 0 s 0 (s )(s 2) 0 2 0 Υπολογισμός σφαλμάτων θέσης, ταχύτητας και επιτάχυνσης: δ. Για να έχουμε e v < 5% θα πρέπει: e p A p 0 e v A v 2A e a 2A a e v 2A < 5 00 ή A < 5 200 Βρήκαμε ότι για να είναι το σύστημα ευσταθές πρέπει 0 < < 6. Οι οριακές τιμές για το A υπολογίζονται με βάση τις οριακές τιμές του, δηλ. για 0 (οπότε Α0) και για 6 (οπότε A0,5). Άρα το κατάλληλο εύρος τιμών του Α είναι: 0 < Α < 0,5.