Σχεδιασμός Συστημάτων Ελέγχου ΔΠΜΣ Συστήματα Αυτοματισμού

Σχετικά έγγραφα
Σχεδιασμός Συστημάτων Ελέγχου

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

Εισαγωγή στον Αυτόματο Έλεγχο

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Σ εδιασμός Συστημάτ ν Ε έ ου

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Εισαγωγή στον Αυτόματο Έλεγχο Συστήματα, Εφαρμογές, Αισθητήρια

FORTRAN και Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός

1) Τι είναι ένα Σύστημα Αυτομάτου Ελέγχου 2) Παραδείγματα εφαρμογών Συστημάτων Ελέγχου 3) Τι είναι ανατροφοδότηση (Feedback) και ποιες είναι οι

Έλεγχος Κίνησης

Κεφάλαιο 4 Σχεδίαση Συστηµάτων Ελέγχου µε Μικροϋπολογιστές - Συνεχής Σχεδίαση

Έλεγχος Κίνησης

Η Βασική Δομή Συστημάτων Ελέγχου Κίνησης

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Εισαγωγή στα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου. Επικ. Καθ. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης

FORTRAN & Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός ΣΝΜΜ 2016

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 2

Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

FORTRAN & Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός ΣΝΜΜ 2016

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 7

Εισαγωγή στην Επιστήμη του Ηλεκτρολόγου Μηχανικού (και στην Τεχνολογία Υπολογιστών;)

Συστήματα Ελέγχου Μηχανής Ειδικά Συστήματα Ελέγχου Πλοίου Δρ. Γ. Παπαλάμπρου ΣΝΜΜ-ΕΜΠ 4/2013

Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας»

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Ενότητα 1 η : Εισαγωγή

FORTRAN & Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός ΣΝΜΜ 2016

Ψηφιακός Έλεγχος. 10 η διάλεξη Ασκήσεις. Ψηφιακός Έλεγχος 1

Μάθημα: Ρομποτικός Έλεγχος

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου χειμερινού εξαμήνου (Ιούνιος 2014)

Ο Γραμμικός Τετραγωνικός Ρυθμιστής: Ευρεση Νόμου Ελέγχου

Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχ/κών και Μηχ/κών Υπολογιστών, Ε.Μ.Π., Ακαδημαϊκό Έτος , 8ο Εξάμηνο. Ρομποτική II. Ευφυή και Επιδέξια Ρομποτικά Συστήματα

FORTRAN & Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός ΣΝΜΜ 2016

FORTRAN & Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός ΣΝΜΜ 2017

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

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

Σύγχρονος Αυτόματος Έλεγχος. (Π3) Η «ιδιότητα του τριγώνου»: για οποιαδήποτε διανύσματα ισχύει x, y ότι

Σύγχρονος Αυτόματος Έλεγχος. είναι το διάνυσμα ιδιοτιμών του πίνακα Α (Π2)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ

7 ο Εργαστήριο Θόρυβος 2Δ, Μετακίνηση, Περιστροφή

Simulation Users Manual

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

Εισαγωγή στα Προσαρµοστικά Συστήµατα

ΕΛΕΓΧΟΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑΣ ΠΡΟΣΑΡΜΟΣΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ (Process Identifications)

Kalman Filter Γιατί ο όρος φίλτρο;

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα ΙΙ

Ποσοτικές Μέθοδοι στη Διοίκηση Επιχειρήσεων ΙΙ Σύνολο- Περιεχόμενο Μαθήματος

Βασίλειος Μαχαιράς Πολιτικός Μηχανικός Ph.D.

Έλεγχος Κίνησης

Συλλογή μεταφορά και έλεγχος Δεδομένων. 1.4 Απλά και σύνθετα συστήματα αυτοματισμού.

ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Στυλιανός Τσίτσος

Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης. Επισκόπηση μοντέλων λήψης αποφάσεων Τεχνικές Μαθηματικού Προγραμματισμού

5o Εργαστήριο Σ.Α.Ε Ενότητα : Ελεγκτές PID

Μοντελοποίηση προβληµάτων

Τοποθετήστε τη δισκέτα στο drive B και σε περιβάλλον MS-DOS πληκτρολογήστε: B:

Αυτόματος Έλεγχος. Ενότητα 10 η : Σχεδίαση αντισταθμιστών στο πεδίο της συχνότητας. Παναγιώτης Σεφερλής

Τεχνητή Νοημοσύνη. 2η διάλεξη ( ) Ίων Ανδρουτσόπουλος.

ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ Επιστήµη των Αποφάσεων, ιοικητική Επιστήµη 5 ο Εξάµηνο. Τµήµα Στατιστικής & Αναλογιστικών-Χρηµατοοικονοµικών Μαθηµατικών

ΤΜΗΜΑΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΥΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Μάθημα: Ειδικά Συστήματα Ελέγχου Πλοίου( ) Κεφάλαιο: Συστήματα Ελέγχου Πλοίου

Έλεγχος «Ελάχιστης Ενέργειας»

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

Ερωτήσεις για το μάθημα Μη Γραμμικά ΣΑΕ και Εφαρμογές: 10, 11, 15, 16, 17,18

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

Εισαγωγή στον Αυτόματο Έλεγχο ( ) Σημειώσεις Μαθήματος Μέρος 3ο: Κλασσικός Έλεγχος. Γεώργιος Παπαλάμπρου

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΟΥ ΦΟΙΤΗΤΗ ΤΟΥ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΤΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ

- ΟΡΙΟ - ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 6: ΜΗ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΟ ΟΡΙΟ ΣΤΟ

Άσκηση 3. Ποιοτική Μελέτη των νόμων ελέγχου δύο και τριών όρων (συσκευή: Προσομοιωτής ελέγχου PCS327: Σχ.1) Απαραίτητες γνώσεις

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες. Δισδιάστατες Κυματομορφές Σήματος

Τ.Ε.Ι. ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΓΡΑΜΜΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ

Εφαρµογες Της Ψηφιακης Επεξεργασιας Σηµατων. Εκτιµηση Συχνοτητων Με ΙδιοΑναλυση του Μητρωου ΑυτοΣυσχετισης

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες. Πιθανότητα Σφάλματος για Δυαδική Διαμόρφωση

Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 2 - Εργαστήριο

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Γ.Π. ΠΑΠΑΒΑΣΙΛΟΠΟΥΛΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΑΣΚΗΣΗ 2

ΔΥΝΑΜΙΚΗ & ΕΛΕΓΧΟΣ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Είδη Διορθωτών: Υπάρχουν πολλών ειδών διορθωτές. Μία βασική ταξινόμησή τους είναι οι «Ειδικοί Διορθωτές» και οι «Κλασσικοί Διορθωτές».

Controllers - Eλεγκτές

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

FORTRAN & Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός ΣΝΜΜ 2017

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιανουαρίου Φεβρουαρίου 2015

Ενότητα 10: Γραμμικό Τετραγωνικό Πρόβλημα. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 9

FORTRAN & Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός ΣΝΜΜ 2016

9. Συστολικές Συστοιχίες Επεξεργαστών

Σχεδιασμός Συστημάτων Ελέγχου ΔΠΜΣ Συστήματα Αυτοματισμού

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΟΥΛΙΟΥ ΝΙΚΗ. Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών <<Θεωρητική Πληροφορική

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΔΙΟΙΚΗΤΙΚΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ

2 η ΕΝΟΤΗΤΑ ΑΚΕΡΑΙΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Transcript:

Σχεδιασμός Συστημάτων Ελέγχου ΔΠΜΣ Συστήματα Αυτοματισμού 2016-2017 Μάθημα 7: Hinfinity / Βάρη, Μικτή Ευαισθησία 19/12/2016 Δρ. Γεώργιος Παπαλάμπρου Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ Εργαστήριο Ναυτικής Μηχανολογίας george.papalambrou@lme.ntua.gr ΕΜΠ/ΣΝΜΜ Εργαστήριο Ναυτικής Μηχανολογίας

Εισαγωγή στην Σύνθεση Εύρωστου Ελεγκτή Hinfinity Λαμβάνοντας υπόψη τις ελλείψεις του βέλτιστου ελέγχου LQG (Linear Quadratic Gaussian), αναπτύχθηκε την δεκαετία του 80 η μέθοδος βελτιστοποίησης νόρμας Hinfinity για σύνθεση ελεγκτή. Η ανάπτυξη βασίστηκε στην δουλειά του G. Zames (1981), Πανεπ. Mc Gill, Καναδάς. Ο Zames ασκούσε κριτική στις φτωχές ιδιότητες ευρωστίας του LQG θεωρώντας ότι οφείλονται α) στη χρήση της νόρμας H2 και β) στην προσέγγιση αβεβαιότητας με λευκό θόρυβο (white noise) που την έβρισκε ακατάλληλη για πρακτικά προβλήματα. Αργότερα η μέθοδος Hinfinity αναπτύχθηκε περαιτέρω από τους K. Glover, Πανεπ. Cambridge και J. Doyle, Πανεπ. Caltech, ΗΠΑ.

Εισαγωγή στην Σύνθεση Εύρωστου Ελεγκτή Hinfinity Σήμερα υπάρχουν διαθέσιμα εμπορικά εργαλεία (πχ το MATLAB/Robust Control Toolbox) που καλύπτουν την μαθηματική λύση της μεθοδολογίας Hinfinity. Στην βιομηχανία χρησιμοποιείται ευρέως, με υλοποίηση επιπλέον επιπέδων (layers) δημιουργίας της εφαρμογής (πχ αεροδιαστημικές εφαρμογές ESCAPE της ALCATEL Space).

Εισαγωγή στην Σύνθεση Εύρωστου Ελεγκτή Hinfinity Η μέθοδος Hinfinity αποτελεί πλέον ένα καθιερωμένο εργαλείο σχεδιασμού ελεγκτών στην βιομηχανία, με πλούσιο ιστορικό από πραγματικά παραδείγματα εφαρμογών. Ενδεικτικά αναφέρονται: Σύστημα ελέγχου θέσης μη-επανδρωμένων διαστημικών οχημάτων (Automated Transfer Vehicle) ATV 1-5, 2007-2015, της ESA/EADS Astrium (βλέπε σχετικό powertpoint), Σύστημα ελέγχου ελικοπτέρου Bell 205 (1997), Αεροσκάφη κάθετης απογείωσης (V/STOL UK), 1991, κλπ.

Συνήθως στον Εύρωστο Έλεγχο εξετάζουμε NP και RS NP RS Μας ενδιαφέρει να περιορίσουμε την τιμή της L=GK με τις 2 περιοχές Nominal Performance (NP) και Robust Stability (RS) [SP05, κεφ. 9, Controller design]

Προσδιoρισμός NP, RS: με τα βάρη WP, WM -> Γνωρίζοντας τα βάρη WP, WM υπολογίζουμε τον ελεγκτή Hinfinity

Προσδιoρισμός NP, RS: με τα βάρη WP, WM

Μέχρι τώρα (χωρίς τις αβεβαιότητες) εξετάσαμε το NP Στις περιπτώσεις που δεν υπάρχει αβεβαιότητα μοντέλου, εξετάζουμε την NP Χαρακτηρίζεται από το βάρος WP Είδαμε πως σχεδιάζεται το βάρος WP (s) Αυτό περιβάλλει την συνάρτηση S Συνήθως είναι Ms < 2

Στην περίπτωση με αβεβαιότητα μοντέλου εξετάζουμε την RS Στις περιπτώσεις που υπάρχει αβεβαιότητα μοντέλου, εξετάζουμε την RS Θα δούμε πως σχεδιάζεται το βάρος WΜ (s) Αυτό περιβάλλει την συνάρτηση Τ Συνήθως είναι MΤ < 1.25

Eξέταση RS [SP05, σ. 277]

Eξέταση RS [SP05, σ. 277]

Πολλαπλασιαστική Αβεβαιότητα Τελικό Σύστημα Κανονικό (nominal) wm(s) Βάρος αβεβαιότητας Η Πολλαπλασιαστική Αβεβαιότητα είναι η πιό συχνή μορφή αβεβαιότητας. Πολλές φορές ξεκινάμε με αυτήν την δομή αν δεν γνωρίζουμε περισότερα στοιχεία.

Αβεβαιότητα Παράσταση αβεβαιότητας Σύστημα 1 ης τάξης [SP05, σ. 265] Περίπτωση 1: αβεβαιότητα σε κέρδος K και σταθερά χρόνου Τ Nominal Value = 2.5 Αβεβαιότητα +/- 20%, για κάθε

Πολλαπλασιαστική Αβεβαιότητα-βάρος Βήμα 1: Επιλογή κανονικού μοντέλου P(s) Βήμα 2: Σχηματισμός όλων των πιθανών συστημάτων lm(ω) Βήμα 3: Έυρεση βάρους wm(s) που καλύπτει το σετ ώστε:

Μορφή βάρους αβεβαιότητας [SP05] 1/τ: Η συχνότητα όπου η σχετική αβεβαιότητα φθάνει το 100%. r : Μέτρο του βάρους wm σε υψηλές συχνότητες. r0: Αβεβαιότητα σε χαμηλές συχνότητες (steady state).

Αβεβαιότητα παράγοντα καθυστέρησης [SP05, σ. 269] Βήμα 1: Επιλογή κανονικού μοντέλου, θ=0. Βήμα 2: Σχηματισμός όλων των πιθανών συστημάτων Βήμα 3: Έυρεση βάρους wm(s)

Βάρος αβεβαιότητας [SP05, σ. 295] >> 20*log10(2.3)=7.23

Οι 2 απαραίτητες συνθήκες στον έλεγχο Hinfinity Ο τύπος αυτός ελέγχου προσπαθεί να ικανοποιήσει τις συνθήκες NP και RS ταυτόχρονα

Έλεγχος Hinfinity Στην απλή μορφή - χωρίς αβεβαιότητα μοντέλουο τύπος αυτός ελέγχου προσπαθεί να ικανοποιήσει την συνθήκη NP, οπότε λαμβάνεται υπόψη η μορφή της S (sensitivity) Επιπλέον μπορεί να ληφθεί υπόψη η επιθυμητή συμπεριφορά του σήματος ελέγχου, λαμβάνοντας υπόψη τη μορφή της ΚS, με Κ τον ελεγκτή Στην περίπτωση όμως που εμφανίζεται αβεβαιότητα, τότε μπορεί να ληφθεί αυτή υπόψη, εξετάζοντας μαζί την συνθήκη RS, όπως παρακάτω

Mixed sensitivity: ισχύουν μαζί στον εύρωστο έλεγχο

Mixed sensitivity S/T Mixed Sensitivity Problem S/T: Έυρεση Κ(s) ώστε

Mixed sensitivity S/KS/T Mixed Sensitivity Problem S/KS/T: Έυρεση Κ(s) ώστε

Έλεγχος Hinfinity χωρίς αβεβαιότητα Στην απλή μορφή - χωρίς αβεβαιότητα μοντέλουεξετάζονται οι περιπτώσεις regulator και tracking, oπότε λαμβάνεται υπόψη η μορφή της S (sensitivity) Επιπλέον μπορεί να ληφθεί υπόψη η επιθυμητή συμπεριφορά του σήματος ελέγχου, λαμβάνοντας υπόψη τη μορφή της ΚS, με Κ τον ελεγκτή

Έλεγχος Hinfinity S/KS Regulator Θεωρούμε την περίπτωση ρυθμιστή (regulator), όπου θέλουμε να απορρίψουμε την διαταραχή που εισέρχεται στην έξοδο εγκατάστασης, όπου ο θόρυβος είναι ασήμαντος. Δεν μας ενδιαφέρει η ακολουθία σήματος εισόδου αναφοράς (tracking). Έτσι εδώ θα διαμορφώσουμε τις συναρτήσεις κλειστού βρόχου S;KS, συνήθως σε διάταξη 1-DOF. Η συνάρτηση μεταφοράς ευαισθησίας S συνδέει την διαταραχή d με την έξοδο y. Η συνάρτηση KS συνδέει την διαταραχή d με την είσοδο ελέγχου u. Η KS περιλαμβάνεται έτσι ώστε να περιορίζεται το μέγεθος και το εύρος ζώνης το ελεγκτή, άρα και της ενέργειας ελέγχου.

Έλεγχος Hinfinity S/KS Tracking Εδώ θεωρούμε περίπτωση ακολουθίας εισόδου αναφοράς (tracking), λαμβάνοντας έλεγχο S/KS. Η εξωγενής είσοδος είναι είσοδος αναφοράς r και τα σήματα σφάλματος είναι z1 = -W1e=W1(r-y)

Το παράδειγμα της εντολής mixsyn

Η εντολή mixsyn καλεί τη εντολή hinfsyn για τον υπολογισμό ελεγκτή Hinfinity

Παραδείγματα βιβλίου [SP05]

Dropbox: \books_robust_control