Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου Χειμερινού εξαμήνου

Σχετικά έγγραφα
Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου εαρινού εξαμήνου (Ιούνιος 2015)

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

5. (Λειτουργικά) Δομικά Διαγράμματα

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ι Ασκήσεις Πράξης

Μαθηματικά μοντέλα συστημάτων

Ευστάθεια, Τύποι συστημάτων και Σφάλματα

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

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

(είσοδος) (έξοδος) καθώς το τείνει στο.

Ευστάθεια συστημάτων

Παραρτήματα. Παράρτημα 1 ο : Μιγαδικοί Αριθμοί

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

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

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

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

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:

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

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

Η Βασική Δομή Συστημάτων Ελέγχου Κίνησης

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ι Ασκήσεις Πράξης

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ι Ασκήσεις Πράξης - Τεστ

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

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

Έλεγχος Κίνησης

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

Μαθηματικά μοντέλα συστημάτων

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

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

ΚΥΡΙΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

Να σχεδιαστεί ένας ενισχυτής κοινού εκπομπού (σχ.1) με τα εξής χαρακτηριστικά: R 2.3 k,

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

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

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

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

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

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Ισοδυναµία τοπολογιών βρόχων.

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Αριθμητική Ολοκλήρωση της Εξίσωσης Κίνησης

Τυπική µορφή συστήµατος 2 ας τάξης

Ψηφιακός Έλεγχος. 10 η διάλεξη Ασκήσεις. Ψηφιακός Έλεγχος 1

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

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

Σήματα και Συστήματα

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

a n = 3 n a n+1 = 3 a n, a 0 = 1

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

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

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

website:

Εισαγωγή στην Ανάλυση Συστηµάτων Αυτοµάτου Ελέγχου: Χρονική Απόκριση και Απόκριση Συχνότητας

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

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

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

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

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

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

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

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

Θέματα Εξετάσεων Ιουνίου 2003 στο μάθημα Σήματα και Συστήματα και Λύσεις

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

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

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ

6-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Μετασχηματισμός z

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

MATLAB. Εισαγωγή στο SIMULINK. Μονάδα Αυτόματης Ρύθμισης και Πληροφορικής

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

Σύστημα και Μαθηματικά μοντέλα συστημάτων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

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

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

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

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

Ευστάθεια Συστηµάτων Αυτοµάτου Ελέγχου: Αλγεβρικά κριτήρια

Άσκηση 1 η Να εξετάσετε αν τα ακόλουθα σήματα είναι περιοδικά. Στην περίπτωση περιοδικού σήματος, ποια είναι η θεμελιώδης περίοδος; 1 )

Κεφάλαιο 5 Μετασχηματισμός z και Συνάρτηση μεταφοράς

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ 1 ης ΤΑΞΗΣ (Κεφ. 18)

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Transcript:

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου Χειμερινού εξαμήνου 203 4 ΘΕΜΑ Ο (4,0 μονάδες) Στο παρακάτω σχήμα δίνεται το δομικό (λειτουργικό) διάγραμμα ενός συστήματος ελέγχου κλειστού βρόχου. α. Να προσδιοριστεί η συνάρτηση μεταφοράς / του συστήματος με κατάλληλους μετασχηματισμούς του δομικού διαγράμματος (,0 μον.). β. Να σχεδιαστεί το ισοδύναμο διάγραμμα ροής σημάτων του δομικού διαγράμματος του σχ. και να υπολογιστεί η συνάρτηση μεταφοράς με εφαρμογή του κανόνα του Maon (,5 μον.). γ. Να υπολογιστούν οι κατάλληλες τιμές των Κ και Κ 2 ώστε η απόκριση κλειστού βρόχου σε βηματική είσοδο να παρουσιάζει κρίσιμη απόσβεση με μια διπλή ρίζα = 0 (,5 μον.). Σχήμα Λύση: α. ος τρόπος: Μετακίνηση σημείου λήψης μετά από δομική μονάδα: ( )

2 ος τρόπος: Το σύστημα μπορεί να επανασχεδιαστεί ως ακολούθως: ( ) β. Ε () Ε 2 () Οι εξισώσεις του συστήματος είναι: = E 2 () (/) E 2 () = E ()[ /()] E () = [E 2 () ] = E 2 ()

Επομένως, το ισοδύναμο ΔΡΣ είναι: E () E 2 () /() / Από το ΔΡΣ προκύπτουν τα ακόλουθα: Υπάρχει μόνο ένας απευθείας δρόμος μεταξύ εισόδου και εξόδου (N=), ο Ε ()Ε 2 (), με απολαβή: Q () = /[()] Υπάρχουν δύο βρόχοι, οι Ε ()Ε 2 ()Ε () και Ε ()Ε 2 ()Ε (), με απολαβές: B () = /() B 2 () = /() Παρατηρούμε ότι δεν υπάρχουν μη εγγίζοντες βρόχοι αφού όλοι οι βρόχοι έχουν κοινούς κόμβους με τον απευθείας δρόμο. Επίσης, παρατηρούμε ότι όλοι οι βρόχοι έχουν κοινούς κόμβους μεταξύ τους. Αυτό φαίνεται από το γεγονός ότι έχουν κοινά γράμματα στην ονομασία τους (τα γράμματα αντιστοιχούν σε κόμβους). Επομένως ΣL 2 = 0 και ΣL 3 = 0. Οπότε έχουμε: και Δ() = ΣL = [B () B 2 ()] = Δ () = = [ /() /()] = = /() /() Σύμφωνα με τον κανόνα του Maon η ολική συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος είναι: ή γ. Το χαρακτηριστικό πολυώνυμο του συστήματος κλειστού βρόχου είναι: P() = 2 ( ) Για να ικανοποιείται η ζητούμενη συνθήκη θα πρέπει:

P() = 2 ( ) = ( 0) 2 = 2 20 00 Από τη σχέση αυτή προκύπτει ότι θα πρέπει: = 00 = 20 00 = 20 00 = 9 = 0,9 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: ή Επομένως, η συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος είναι: και το χαρακτηριστικό πολυώνυμο είναι: β. Η χαρακτηριστική εξίσωση του συστήματος είναι: Επιλύοντας το τριώνυμο, προκύπτουν οι πόλοι του συστήματος: Επομένως η συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος μπορεί να εκφραστεί ως ακολούθως: Αναπτύσσοντας σε απλά κλάσματα έχουμε:

Από τη σχέση αυτή προκύπτουν τα ακόλουθα: Εναλλακτικά, μπορούμε να υπολογίσουμε τα c, c 2 ως εξής: Επομένως: 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(): Επομένως, όπως προκύπτει από τους πίνακες μετασχηματισμού Laplace, η κρουστική απόκριση του συστήματος θα είναι: γ. Η διαφορική εξίσωση του συστήματος για βηματική είσοδο είναι η εξής: και οι αρχικές συνθήκες που δίνονται είναι: Εφαρμόζοντας μετασχηματισμό Laplace θα έχουμε: και αντικαθιστώντας τις αρχικές τιμές: ή Άρα η θα είναι:

Αναπτύσσοντας σε απλά κλάσματα θα έχουμε: όπου: Επομένως: και εφαρμόζοντας τον αντίστροφο μετασχηματισμό Laplace, η βηματική απόκριση είναι: ΘΕΜΑ 3 Ο (4,0 μονάδες) Δίνεται σύστημα με συνάρτηση μεταφοράς ανοιχτού βρόχου G() = /[( )( 3)], μοναδιαία αρνητική ανάδραση και ελεγκτή G C () = k/. 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 k 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 () G() και ισοδύναμα: G c ()G()

Επομένως, η συνάρτηση μεταφοράς του συστήματος κλειστού βρόχου θα είναι: και το χαρακτηριστικό πολυώνυμο του συστήματος κλειστού βρόχου θα είναι: β. Για να προσδιοριστεί το εύρος τιμών του Κ για τις οποίες το σύστημα είναι ευσταθές θα πρέπει να συμπληρώσουμε τον πίνακα Routh: 3 3 2 4 Κ 0 0 Κ 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 2 k > 0 και k > 0. Άρα το εύρος τιμών του k για τις οποίες το σύστημα είναι ευσταθές είναι: 0 < k < 2 γ. Υπολογισμός σταθερών σφαλμάτων θέσης, ταχύτητας και επιτάχυνσης: Υπολογισμός σφαλμάτων θέσης, ταχύτητας και επιτάχυνσης: δ. Για να έχουμε e v < 5% θα πρέπει: Βρήκαμε ότι για να είναι το σύστημα ευσταθές πρέπει 0 < k < 2. Οι οριακές τιμές για το A υπολογίζονται με βάση τις οριακές τιμές του k, δηλ. για k=0 (οπότε Α=0) και για k=2 (οπότε A=0,2). Άρα το κατάλληλο εύρος τιμών του Α είναι: 0 < Α < 0,2.