Κεφάλαιο 5 Ευστάθεια Ελεγξιµότητα - Παρατηρησιµότητα

Σχετικά έγγραφα
Κεφάλαιο 5 Ευστάθεια Ελεγξιµότητα - Παρατηρησιµότητα

Κεφάλαιο 6. Έλεγχος στο Πεδίο της Συχνότητας. Τόπος Ριζών Διάγραµµα Bode Διάγραµµα Nyquist Ψηφιακός PID

Κεφάλαιο 6. Έλεγχος στο Πεδίο της Συχνότητας. Τόπος Ριζών Διάγραµµα Bode Διάγραµµα Nyquist Ψηφιακός PID

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://courseware.mech.ntua.gr/ml23147/)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://)

ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ ΜΕΣΩ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Ευστάθεια Συστηµάτων Αυτοµάτου Ελέγχου: Αλγεβρικά κριτήρια

Ανάλυση Σ.Α.Ε στο χώρο κατάστασης

Κεφάλαιο 2 Διαχείριση Σηµάτων σε Ψηφιακά Συστήµατα Ελέγχου

Ισοδυναµία τοπολογιών βρόχων.

Μάθημα: Θεωρία Δικτύων

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

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

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

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 2 Διαχείριση Σηµάτων σε Ψηφιακά Συστήµατα Ελέγχου

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

Κεφάλαιο 4 Σχεδίαση Συστηµάτων Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές - Συνεχής Σχεδίαση

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

ΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 2012 ΘΕΜΑΤΑ Α

Σχεδίαση Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου με χρήση Αλγεβρικών Τεχνικών

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

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Μετατροπή Αναλογικού Σήµατος σε. Ψηφιακό (A/D Conversion) Μετατροπή Ψηφιακού Σήµατος σε Αναλογικό (D/A Conversion)

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ

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:

(είσοδος) (έξοδος) καθώς το τείνει στο.

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

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

Σήματα και Συστήματα

Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας»

2. Ανάλυση Γραμμικών Χρονικά Αμετάβλητων Συστημάτων (ΓΧΑΣ) Kostas J. Kyriakopoulos - Σ.Α.Ε. ΙΙ 1

ΛΥΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΕΞΕΤΑΣΗΣ. ΘΕΜΑ Βαθμολογία Βαθμός Σπουδαστή ΘΕΜΑ ΘΕΜΑ

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Περιγραφή Σηµάτων Συνεχούς Χρόνου Συνάρτηση δέλτα Κατανοµές

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

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

ΠΡΟΒΛΗΜΑ (Σεπτέμβριος 2008)

Τυπική µορφή συστήµατος 2 ας τάξης

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Προηγµένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Μελέτη ευστάθειας και αστάθειας συστημάτων με το περιβάλλον Matlab

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

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

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

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟ ΕΛΕΓΧΟ ΑΣΚΗΣΕΙΣ. Τρύφων Κουσιουρής

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://)

x k Ax k Bu k y k Cx k Du k «άνυσµα καταστάσεων» «άνυσµα εισόδων»

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών

Ο Γραμμικός Τετραγωνικός Ρυθμιστής: Ευρεση Νόμου Ελέγχου

Μετασχηµατισµός Ζ (z-tranform)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://courseware.mech.ntua.gr/ml23147/)

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

( s ) Παραγώγιση στο χρόνο. Ολοκλήρωση στο χρόνο. Θεώρηµα αρχικής και τελικής τιµής Ο ΜΟΝΟΠΛΕΥΡΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE. Σεραφείµ Καραµπογιάς

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (

( () () ()) () () ()

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Z. χρόνου και εξηγήσουµε έννοιες όπως περιοχή σύγκλισης, πόλος και µηδενικό.

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

ΕΝΟΤΗΤΑ 11: ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Εισαγωγή στην Ανάλυση και Προσοµοίωση Δυναµικών Συστηµάτων

() 1 = 17 ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ LEGENDRE Ορισµοί

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

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 7: Μετασχηματισμός Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

KΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΣΥΝΗΘΩΝ. Το τυπικό πρόβληµα αρχικών τιµών που θα µας απασχολήσει, είναι το ακόλουθο:

Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://courseware.mech.ntua.gr/ml23147/)

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 10

Ψηφιακός Έλεγχος. 11 η διάλεξη Ασκήσεις. Ψηφιακός Έλεγχος 1

ΜΙΓΑ ΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΟΛΟΚΛ. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΓΡΑΠΤΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ 2010 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ. =. Οι πρώτες µερικές u x y

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://courseware.mech.ntua.gr/ml23147/)

ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΜΟΝΙΜΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

ΜΙΓΑ ΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΟΛΟΚΛ. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΓΡΑΠΤΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 2010 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ

ΦΥΕ14-5 η Εργασία Παράδοση

ΣΤΗΑ ΨΕΣ /4/2013 2:12 πµ

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

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΣΥΣΤΗMAΤΩΝ

Παραρτήματα. Παράρτημα 1 ο : Μιγαδικοί Αριθμοί

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

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

Εισαγωγή στην Ανάλυση και Προσοµοίωση Δυναµικών Συστηµάτων

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

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

ΕΠΙΛΥΣΗ ΓΡΑΜΜΙΚΩΝ.Ε. ΜΕ ΚΡΟΥΣΤΙΚΕΣ ΙΕΓΕΡΣΕΙΣ

Παράδειγµα ενός ηλεκτρικού συστήµατος

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://)

Μετασχηµατισµός FOURIER ιακριτού χρόνου DTFT

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ z

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)

Σχήµα 1: Χρήση ψηφιακών φίλτρων για επεξεργασία σηµάτων συνεχούς χρόνου

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

Γεωµετρικη Θεωρια Ελεγχου

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

( () () ()) () () ()

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

Transcript:

Κεφάλαιο 5 Ευστάθεια Ελεγξιµότητα - Παρατηρησιµότητα u u u u Ευστάθεια Ευστάθεια κατά Lyapunov Ασυµπτωτική Ευστάθεια Κριτήρια Ευστάθειας Ελεγξιµότητα Παρατηρησιµότητα Επίδραση της Δειγµατοληψίας στην Ελεγξιµότητα και Παρατηρησιµότητα

Ευστάθεια Εξίσωση Γ.Χ.Α.Σ. : Χ.Α.Σ. : x = A + x + B u x = + f x, u, è ειδική περίπτωση του Αρχική Κατάσταση : Αλληλουχία σηµάτων εισόδου : x u = { u,u,,u } u =ϕ x x : «επίλυση», δηλαδή αλληλουχία καταστάσεων που προκύπτει µε είσοδο u και αρχική κτάσταση x, x u x u u x 2 x = x =ϕ x u, Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 2

Αν υπάρχει xe Ευστάθεια συνεχ. έτσι ώστε x = + f x, u, = τότε x e : «κατάσταση ισορροπίας» δηλαδή x f ( x ) e e,, Για Γ.Χ.Α.Σ. x A x B u x A x A I x = + = = + e e e Αν λ = eig ( A) τότε η παραπάνω εξίσωση έχει λύση µόνο το x e = που, κατά συνέπεια, είναι το µοναδικό Σ.Ι. του ΓΧΑΣ. Ειδάλλως, υπάρχουν άπειρα Σ.Ι. και είναι αυτά που αντιστοιχούν στα ιδιοδυανύσµατα του για. A λ = Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 3

Ευστάθεια κατά Lyapunov Μία κατάσταση ισορροπίας συστήµατος ευσταθής αν : ενός είναι για κάθε σφαιρική περιοχή γύρω από το xe µε ακτίνα ε > είναι δυνατόν να ευρεθεί µία άλλη σφαιρική N x e, περιοχή δ, γύρω από την e, µε ακτίνα, έτσι ώστε δ ε > αν το σύστηµα εκκινήσει από µία κατάσταση ( x ) xe δ εντός αυτής (δηλ. της στήµατος δεν πρόκειται να εξέλθει της, δηλαδή όπου x = ϕ x µε u = u i =, i =,,, u x e x = + f x, u, ( ), Nε x e x Nε x e N x e ) τότε η πορεία του ελευθέρου συ ε u { } x x < ε e Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 4.

Μία κατάσταση ισορροπίας x e ενός συστήµατος x =, είναι ασυµ+ f x, u, πτωτικα ευσταθής αν για κάθε σφαιρική περιοχή N x e γύρω από την µε ακτίνα είναι ε e δυνατόν να ευρεθεί µία άλλη σφαιρική περιοχή N x e δ γύρω από την e µε ακτίνα, έτσι ώστε αν το σύστηµα εκκινήσει από µία κατάσταση εντός αυτής u τότε η πορεία του ελευθέρου συστήµατος u = u i =, i =,,, : δεν πρόκειται να εξέλθει της, δηλαδή και u e θα ανήκει τελικά εντός της N ( x e ), δηλαδή x δ u ( ) x e < δ + T ε, δ, Δηλαδή όταν η κατάσταση ισορροπίας x e είναι ασυµπτωτικά ευσταθής τότε : είναι ευσταθής κατά Lyapunov και. Ασυµπτωτική Ευστάθεια x ε > x ( ) δ ε, > ( x ) xe δ = ϕ x x, lim x = x e { } ε N x e x x < ε Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 5

Ασυµπτωτική Ευστάθεια: ΓΧΑΣ Κριτήρια Ευστάθειας Δεδοµένου ότι το Σ.Ι. είναι: Όµως επειδή: πρέπει Προκύπτει η αναγκαία και ικανή συνθήκη για ασυµπτωτική ευστάθεια: x = limx = x = = = e e + x A x x A x lim 2 2 2 A =. Δεδοµένου ότι: A eig A = λi λi eig A [ ] λi < λi eig A Συγκρίνετε την µε την αντίστοιχη για συνεχή ΓΧΑΣ!!! [ ] Ζ s Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 6

Ασυµπτωτική Ευστάθεια: Παράδειγµα-! s K G s R G( z) = z = ( z )! G( z) = K z s 2 K a s + a =, a = 27! s a 2 s + a s + a Tz = K ( z ) ( z ) z a 2 z + K.655 z +.2783 = z ( z.672) = z a z e at = Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 7 G R ( s) = 27 s s + 27

Ασυµπτωτική Ευστάθεια: Παράδειγµα- Συνάρτηση Μεταφοράς Κλειστού Βρόχου (ΣΜΚΒ) G( z) = ( z.672) = G( z) + G( z) K.655 z +.2783 z T z T ( z) = K.655 z +.2783 z 2 + (.655 K.672) z +.2783 K +.672 Κ=2, πόλοι ΣΜΚΒ: z,2 =.2 ± j.78 εντός µοναδιαίου κύκλου ΕΥΣΤΑΘΕΣ Κ=, πόλοι ΣΜΚΒ: z,2 = -.58, -4.9 ένας εκτός µοναδ. κύκλου ΑΣΤΑΘΕΣ Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 8

Ασυµπτωτική Ευστάθεια: Παράδειγµα-2 Να ευρεθεί η επίδραση της περιόδου δειγµατοληψίας Τ στην ευστάθεια του συστήµατος. ( )! s s + G( z) = z = ( z )! s s + ( T e ) = z e T = G ( z ) + G( z) T ( z ) = T z e T z e T πόλος z = (e -T -) R Ευστάθεια < e T < < T < ln 9!.2 Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 9

Ασυµπτωτική Ευστάθεια: ΓΧΑΣ Κριτήρια Ευστάθειας Τρόπος ελέγχου ευστάθειας ψηφιακού ΓΧΑΣ: Βήµα : χρήση µετασχηµατισµού Mobius w + w (µετασχηµατίζει το δεξιό µιγαδικό ηµιεπίπεδο στο εσωτερικό του µοναδιαίου κύκλου) Βήµα 2: χρήση του κριτηρίου Routh-Hurwitz. Χαρ. Πολυώνυµο ψηφιακού ΓΧΑΣ: f z Πολυώνυµο στο οποίο εφαρµόζεται το Routh-Hurwitz: z = = a n z n + a n z n + + a z + a = w + F w f w w = ( ) n Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές

Κριτήρια Ευστάθειας: Παράδειγµα-3 Δεδοµένου συστήµατος µε ΣΜΚΒ T(z)=N(z)/D(z) µε D( z) = z 3 z 2.2z +. Να εξετασθεί η ευστάθειά του µε χρήση του κριτηρίου Routh Αντικαθιστούµε στο D(z) µε = D w + F w w w που οδηγεί στον πίνακα Routh Το σύστηµα Κλειστου βρόχου έχει ένα πόλο εκτός µοναδιαίου κύκλου (ασταθές), δεν έχει πόλους επι του κύκλου και έχει 2 πόλους εντός του µοναδιαίου κύκλου z = w + w οπότε λαµβάνουµε: n = w 3 +9w 2 45w 7 = s 3-45 s 2 9-7 s -45.89 s -7 Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές

Ελεγξιµότητα Η ελεγξιµότητα είναι αναγκαία συνθήκη για µία σειρά προβληµάτων που σχετίζονται µε τον αυτόµατο έλεγχο π.χ. τοποθέτηση πόλων, βέλτιστος έλεγχος κλπ. x = A x + + B u A. Ας θεωρήσουµε το Γ.Χ.Α. σύστηµα µε Το σύστηµα είναι ελέγξιµο αν είναι δυνατόν να ευρεθεί µία σειρά εισόδων ελέγχου { u,u,,u } l που οδηγεί το σύστηµα από οιαδήποτε αρχική κατάσταση x σε f n µία τελική κατάσταση x R µέσω ενός πεπερασµένου αριθµού βηµάτων l x u x f x u x 2 u l Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 2

Ελεγξιµότητα συνεχ. Η λύση του Γ.Χ.Α. συστήµατος αν εφαρµοσθεί η ακολουθία ελέγχων u,u,,u l είναι { } και επειδή απαιτούµε l x f = x l = A l x + A l j B u j = A l x + B AB! A l B j= x f A l x = C l U l x x l = A l x + f l j= = x παίρνουµε l όπου A l j B u j C l = B AB! A l B U l = u l " u u Αναγκαία συνθήκη υπάρξεως ακολουθίας εισόδων υπάρξεως λύσεων γιά το U l = u l! u u T T u,u,,u l ran C l { } είναι: = n (δηλ. u l " u u Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 3

Ελεγξιµότητα συνεχ. Αν ran C l < n µήπως, επειδή C l+ = B AB! A l B πράγµα που συνεπάγεται ότι, µπορούµε να συνεχίσουµε την αύξηση των βηµάτων έως ότου:??? ran( C ) l+ ran( C ) l ran ( C ) l + = = C A l B l n Απάντηση: Το Θεώρηµα Caley-Hamilton είναι a n A n + a n A n + + a A + a I = A n = a n που σηµαίνει ότι ο πίνακας A n, A n 2,, A οπότε και ο A n B, A n 2 B,, AB,B n A n AB. Κατά συνέπεια a n A n + + a A + a I γράφεται σαν γραµµικός συνδυασµός των είναι γραµµικός συνδυασµός των ran C =ran C. n+ n Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 4

Ελεγξιµότητα συνεχ. Κατά συνέπεια, η µέγιστη τάξη που µπορεί να επιτευχθεί είναι για l = n οπότε η συνθήκη ελεγξιµότητας (δηλ. υπάρξεως ακολουθίας εισόδων ) είναι: ran( C) = n C = C n = B AB! A n B Πίνακας Ελεγξιµότητας Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 5

Παρατηρησιµότητα Δυαδική (dual) ιδιότητα της ελεγξιµότητας. Καθορίζει, το κατά πόσο είναι δυνατόν να καθορισθεί η αρχική κατάσταση x ενός συστήµατος µε βάση την παρακολούθηση της ακολουθίας σηµάτων εισόδου - εξόδου. Το Γ.Χ.Α.Σ x + A x B u = + y = C x πεπερασµένος αριθµός είναι παρατηρήσιµο αν υπάρχει ένας βηµάτων που επιτρέπει, µε βάση τις παρατηρήσεις των ακολουθιών εισόδου και εξόδου, τον προσδιορισµό της αρχικής κατάστασης. l { } y, y 2,, y l u,u,,u l x { } Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 6

Παρατηρησιµότητα συνεχ Η λύση του Γ.Χ.Α.Σ. είναι και επειδή y = C x j j j= j j= x = A x + A B u παίρνουµε { } u,u,,u l y = C A x + C A B u Δεδοµένου ότι οι είσοδοι και οι έξοδοι είναι διαθέσιµες, είναι γνωστή και η διαφορά Δ e = y C A j B u j = C A x =,,2,,l j= C e που γράφεται σε µορφή πινάκων ως CA e x! = O l x = E l! CA l e l Αναγκαία συνθήκη ευρέσεως της αρχική κατάστασης είναι: ran O l = n x { } y, y 2,, y l j Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 7

Αν T = O l ran( O ) l < n ( A T ) l C T Παρατηρησιµότητα µήπως, επειδή πράγµα που συνεπάγεται ότι, µπο- ρούµε να συνεχίσουµε την αύξηση των βηµάτων έως ότου:??? Απάντηση: Το Θεώρηµα Caley-Hamilton είναι a n A n + a n A n + + a A + a I = A n = a n που σηµαίνει ότι ο πίνακας A n, A n 2,, A, I CA n,ca n 2,,CA,C T οπότε και ο O l+ = C T A T C T! A T ran O l+ n A n CA. Κατά συνέπεια συνεχ. l C T ran( O ) l = n ran O l+ a n A n + + a A + a I γράφεται σαν γραµµικός συνδυασµός των είναι γραµµικός συνδυασµός των ran( O ) n+ = ran( O ) n. T = Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 8

Παρατηρησιµότητα συνεχ. Κατά συνέπεια, η µέγιστη τάξη που µπορεί να επιτευχθεί είναι για l = n οπότε η συνθήκη παρατηρησιµότητας (δηλ. δυνατότητας ευρέσεως της αρχικής συνθήκης) είναι: ran( O) = n O = O n = C CA! CA n Πίνακας Παρατηρησιµότητας Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 9

Ελεγξιµότητα Παρατηρησιµότητα παράδειγµα: Για το εν λόγω σύστηµα, να ελεγχθούν η ελεγξιµότητα & παρατηρησιµότητα τόσο στην συνεχή (αναλογική) µορφή όσο και σε αυτή που προκύπτει σε διάταξη δειγµατοληπτικών δεδοµένων.!x!x 2 y = = ω 2 x x 2 x x 2 + u Λύση: A = 2 ω = C = εποµένως οι πίνακες ελεγξιµότητας και παρατηρησιµότητας είναι: B [ ] C2 = [ B AB] = ( C2) 2 ran = C O2 = = ran ( O2 ) = 2 CA Εποµένως το Συνεχές σύστηµα είναι ελέγξιµο και παρατηρήσιµο. Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 2

Ελεγξιµότητα Παρατηρησιµότητα παράδειγµα: A ω = 2 B = [ ]!x = A x + B u y = C x AT cosωt sinωt Φ T = e = ω ωsinωt cosωt 2 ( cos ωt ) ω Θ ( T) = T Φ( T τ) B dτ = sin ωt ω x ( T) x ( T) u 2 ( cosωt ) cosωt sinωt ω x+ = ω x + u ωsin ωt cosωt sinωt ω y = x =Φ +Θ + y = C x Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 2

Έχουµε πίνακες ελεγξιµότητας και παρατηρησιµότητας : Εποµένως το σύστηµα είναι ελέγξιµο και παρατηρήσιµο... εκτός όταν ισχύει Γιατί? «Φυσική Εξήγηση»: Για Παρατηρησιµότητα ω T = κ π ω T = κ π 2 ( cosωt ) cosωt sinωt ω x+ = ω x + u ωsinωt cosωt sinωt ω y = [ ] x συνεχ. 2 2 ω ω C2 = [ Θ ΦΘ ] = sinωt sinωt sin 2ωT ω ω C O 2 = C = Φ cosωt sinωt ω κ =,, κ =,, ( cosωt ) ( cosωt cos 2ωT) ( ) το σύστηµα γίνεται λ ± x x ω = u + ± y = [ ] x 2 + Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 22

Παρατηρησιµότητα λ λ ± 2 x + ± x + u 2 x+ = x ω u ω 2 + = ± x 2 + ± x y = [ ] x y = x συνεχ. x ( ) Που δείχνει ότι η 2 : α) εξελίσσεται χωρίς «έλεγχο» (άµεσο µέσω u( ) ή έµµεσο µέσω x ( )) και β) δεν µπορεί να «παρατηρηθεί» (ούτε άµεσα µέσω της εξόδου y = x ( ) ούτε έµµεσα µέσω της εφόσον δεν την επηρεάζει αυτή). x ( ) Κων/νος Ι. Κυριακόπουλος Συστήµατα Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές 23