ME 365: SYSTEMS, MEASUREMENTS, AND CONTROL (SMAC) I

Σχετικά έγγραφα
LTI Systems (1A) Young Won Lim 3/21/15

10.7 Performance of Second-Order System (Unit Step Response)

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Χρονική απόκριση συστημάτων, Τύποι συστημάτων και Σφάλματα

Second Order RLC Filters

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

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

d 2 y dt 2 xdy dt + d2 x

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 9: Σύστημα 2 ης τάξης: Χρονική απόκριση και χαρακτηριστικά μεγέθη (φυσικοί συντελεστές)

Κεφάλαιο 2 Διαχείριση Σηµάτων σε Ψηφιακά Συστήµατα Ελέγχου

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

ECE 308 SIGNALS AND SYSTEMS FALL 2017 Answers to selected problems on prior years examinations

Εισαγωγή στην Ανάλυση και Προσοµοίωση Δυναµικών Συστηµάτων

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Εισαγωγή στην Ανάλυση και Προσοµοίωση Δυναµικών Συστηµάτων

Κεφάλαιο 2 Διαχείριση Σηµάτων σε Ψηφιακά Συστήµατα Ελέγχου

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

Ελεύθερη Ταλάντωση Μονοβάθμιου Συστήματος (συνέχεια)

Επίλυση Δ.Ε. με Laplace

Δυναμική Μηχανών I. Χρονική Απόκριση Συστημάτων 2 ης Τάξης

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

= 0.927rad, t = 1.16ms

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Ανάλυση υναµικής ιεργασιών

Operational Programme Education and Lifelong Learning. Continuing Education Programme for updating Knowledge of University Graduates:

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

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

6. Δυναμική Ανάλυση Μονοβαθμίων Συστημάτων (ΜΒΣ)

ΔΥΝΑΜΙΚΗ & ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ

Απόκριση σε Μοναδιαία Ωστική Δύναμη (Unit Impulse) Απόκριση σε Δυνάμεις Αυθαίρετα Μεταβαλλόμενες με το Χρόνο. Απόστολος Σ.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟ ΕΛΕΓΧΟ ΑΣΚΗΣΕΙΣ. Τρύφων Κουσιουρής

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 9. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Αυτόματος Έλεγχος. Ενότητα 3 η : Δυναμικά Χαρακτηριστικά Τυπικών Συστημάτων Ευστάθεια Δυναμικών Συστημάτων. Παναγιώτης Σεφερλής

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

ΑΕΝ / ΑΣΠΡΟΠΥΡΓΟΥ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ. Σημειώσεις για τη χρήση του MATLAB στα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Δυναμική Μηχανών I. Εισαγωγή στον Υπολογισμό της Χρονικής. Απόκρισης Δυναμικών Εξισώσεων

ΣΤΗΑ ΨΕΣ /4/2013 2:12 πµ

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

Κεφάλαιο 2 Διαχείριση Σηµάτων σε Ψηφιακά Συστήµατα Ελέγχου

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

ΜΜ803 ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

HMY 799 1: Αναγνώριση Συστημάτων

Μετασχηματισμοί Laplace. Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

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

Μάθημα: Θεωρία Δικτύων

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 10: Γραμμικά Φίλτρα. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

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

Assignment 1 Solutions Complex Sinusoids

Εξεταστική Ιανουαρίου 2007 Μάθηµα: «Σήµατα και Συστήµατα»

Spectrum Representation (5A) Young Won Lim 11/3/16

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Θεωρία και Εφαρμογές

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

& : $!" # RC : ) %& & '"( RL : ), *&+ RLC : - # ( : $. %! & / 0!1& ( :

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

Θεωρείστε το σύστηµα του ανεστραµµένου εκκρεµούς-οχήµατος του Σχ. 1 το οποίο περιγράφεται από το δυναµικό µοντέλο

Ψηφιακή Επεξεργασία Φωνής

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 2: Στοιχειώδη Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 10. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Περιεχόμενα 2 Μαθηματικές Μέθοδοι Ανάλυσης Γραμμικών Συστημάτων Αυτόματης Ρύθμισης j ω α j ω j ω

Sampling Basics (1B) Young Won Lim 9/21/13

A Method of Trajectory Tracking Control for Nonminimum Phase Continuous Time Systems

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου, Θεωρία και Εφαρμογές. Δρ. Βολογιαννίδης Σταύρος,

ΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 2012 ΘΕΜΑΤΑ Α

0 Τα ηλεκτρικά κυκλώματα ως συστήματα Παράδειγμα Ηλεκτρ. Συστήματος πρώτης τάξης: κύκλωμα «RC» με Εξοδο

ΣΑΕ 1. Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου I. Σημειώσεις από τις παραδόσεις

. Σήματα και Συστήματα

Επεξεργασία Πολυµέσων. Δρ. Μαρία Κοζύρη Π.Μ.Σ. «Εφαρµοσµένη Πληροφορική» Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας

ΣΕΙΡΕΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ FOURIER. e ω. Το βασικό πρόβλημα στις σειρές Fourier είναι ο υπολογισμός των συντελεστών c

Monolithic Crystal Filters (M.C.F.)

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

Αυτόματος Έλεγχος. Ενότητα 5 η : Απόκριση Συχνότητας Δυναμικών Συστημάτων. Παναγιώτης Σεφερλής

Δυναμική Μηχανών I. Αριθμητική Επίλυση Δυναμικών Συστημάτων στο Περιβάλλον MATLAB και Simulink

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

Lifting Entry (continued)

Solutions - Chapter 4

Εξαναγκασμένη Ταλάντωση. Αρμονική Φόρτιση (...)


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

CORDIC Background (4A)

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

F (x) = kx. F (x )dx. F = kx. U(x) = U(0) kx2

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

ITU-R BT ITU-R BT ( ) ITU-T J.61 (

x[n] = x[n] = e j(k+rn)ωon = cos(k 2π N n + r2πn) + jsin(k 2π N n + r2πn) = cos(k 2π N n) + jsin( 2π N x[n] e j 2π N n = e j(k r) 2π N n = (2.

LCs 2 + RCs + 1. s 1,2 = RC ± R 2 C 2 4LC 2LC. (s 2)(s 3) = A. = 4 s 3 s=2 s + 2 B = (s 2)(s 3) (s 3) s=3. = s + 2. x(t) = 4e 2t u(t) + 5e 3t u(t) (2)

Φυσική για Μηχανικούς

Linear System Response to Random Inputs. M. Sami Fadali Professor of Electrical Engineering University of Nevada

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ

ibemo Kazakhstan Republic of Kazakhstan, West Kazakhstan Oblast, Aksai, Pramzone, BKKS office complex Phone: ; Fax:

= (2)det (1)det ( 5)det 1 2. u

Κεφάλαιο 7. Μετασχηματισμός Laplace. 7.1 Εισαγωγή στον μετασχηματισμό Laplace


Transcript:

ME 365: SYSTEMS, MEASUREMENTS, AND CONTROL SMAC) I Dynamicresponseof 2 nd ordersystem Prof.SongZhangMEG088)

Solutions to ODEs Forann@thorderLTIsystem a n yn) + a n 1 y n 1) ++ a 1 "y + a 0 y = b m u m) + b m 1 u m 1) ++ b 1 "u + b 0 u SdomainsoluFon: Y Free s) = Y Forced s) = ~ + ~ ++ s p 1 s p 2 ~ s p 1 + ~ s p 2 ++ yt ) = y ) t + y ) t Free Forced ~ s p k )s p k+1 ) + ~ s p k+2 )s p k+3 ) + ~ s p k )s p k+1 ) + ~ ++ F[Us)] s p k+2 )s p k+3 ) Fornonerepeatedpoles,systemresponsetypically canbedecomposedintothecombinafonof - Zeroordersystemresponse - 1stordersystemresponse - 2 nd $order$system$response$

Typical inputs Unitimpulseresponse δt)dt =1 ut)=δt) Us)=1 Unitstepresponse 0 t < 0 ut ) = 1 t 0 ut)=1 Us)= 1 s ut) ut) Sinusoidalresponse:Frequency$response$ ω ut ) = sin ωt)' ' Us ) = 2 2 s + ω 2 0 0 Timet" Timet"

2nd order system: Free response Fora2 nd ordersystemwithinifalcondifons y + d 1 y + d 0 y = b 1 u + b 0 u y0) = y 0 y0) = y 0 - CharacterisFcequaFon: - Poles Freeresponseins@domain

2nd order system: Free response FreeresponseinFmedomain - RealanddisFnctpoles - RealandidenFcalpoles - Complexpoles

2nd order system: Free response TwodisFnctrealpoles y Free t) = Ae p 1 t + Be p 2 t y Free t) = Ae p 1 t + Be p 2 t p 1 < 0 & p 2 < 0 Img. p 1 < 0 & p 2 = 0 Img. y Free t) = Ae p 1 t + Be p 2 t p 1 < 0 & p 2 > 0 Img. Real Real Real y H" t) y H" t) y H" t) Timet) Timet) Timet)

2nd order system: Free response TwoidenFcalpoles y Free t) = At + B)e p t y Free t) = At + B)e p t y Free t) = At + B)e p t p 1 = p 2 = p < 0 p 1 = p 2 = p = 0 p 1 = p 2 = p > 0 Img. Img. Img. Real Real Real y H" t) y H" t) y H" t) Timet) Timet) Timet)

2nd order system: Free response Twocomplexpoles y Free t) = Ce σ t sinωt +φ) y Free t) = C sinωt +φ) p 1,2 =σ ± jω &σ < 0 p 1,2 = ± jω &σ = 0 Img. Img. y Free t) = Ce σ t sinωt +φ) p 1,2 =σ ± jω &σ > 0 Img. Real Real Real y H" t) y H" t) y H" t) Timet) Timet) Timet)

2nd order system: Forced response Stable2 nd ordersystem y + d 1 y + d 0 y = bu y + 2ζω n y + ω n 2 y = Kω n 2 u ω n >0:NaturalFrequency[rad/s] ζ>0:dampingrafo K:StaFcSteadyState,DC)Gain Poles s2 +2ζω n s +ω n 2 = 0 s = ζω n ±ω n ζ 2 1) - ζ>1:twodisfnctrealroots/poles Img. ω n" - ζ=1:twoidenfcalrealroots/poles - ζ<1:twocomplexconjugateroots/poles Real )ω n"

2nd order system: Unit step response Under@dampedstable2 nd ordersystem y + 2ζω n y + ω 2 n y = Kω 2 n u CharacterisFcequaFon s2 +2ζω n s +ω n 2 = 0 s = ζω n ±ω n ζ 2 1) Unitstepresponse

TimedomainsoluFon 1 yt) = K 1 1 ζ 2 e ζω nt sin ω d t +φ) whereφ = tan 1 1 ζ 2 andω ζ d = ω n 1 ζ 2

Pole location and time response 1 yt) = K 1 1 ζ 2 e ζω nt sin ω d t +φ) whereφ = tan 1 1 ζ 2 andω ζ d = ω n 1 ζ 2 Im ω n" Re )ω n"

2nd order system: Unit step response yt) = K 1 1.6K 1.4K 1 1 ζ 2 e ζω nt sin ω d t +φ) whereφ = tan 1 1 ζ 2 andω ζ d = ω n 1 ζ 2 UnitStepResponse 1.2K K 0.8K 0.6K 0.4K 0.2K 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Time[sec]

2nd order system: Unit step response Peak$4me$forunderdampedsystem:t p yt) = K 1 e ζω n t cosω d t)+ ζ sinω 1 ζ 2 d t) PeakFme: π π t P = = ωd ω 1 ζ 2 n

2nd order system: Unit step response Overshoot$forunderdampedsystem:OS OS = y MAX y SS = K e πζ 1 ζ 2 Overshoot$percent$OS%) %OS = OS y SS y0) 100% = 100% e πζ 1 ζ 2

2nd order system: Unit step response Se9ng$4me$t s - Timerequiredfortheresponsetobewithina specificpercentofthefinalsteady@state)value. SometypicalspecificaFonsforseelingFmeare:5%, 2%and1%. %$$ 36.8% 13.5% 5% 2% 1% SeelingTimet S ) 1 2 3 3.9 4.6 ζω n ζω n ζω n ζω n ζω n

Under-damped 2 nd order system time response Damped$natural$frequency$ ω $ d = ω n 1 ζ 2, T d = 2π ω d Peak$4met P ","0< <1) t P = π ω d = π ω n 1 ζ 2 Overshoot$OS,"0< <1) OS = K e πζ 1 ζ 2 = K e πζ ω n ω d UnitStepResponse 1.6K y MAX 1.4K 1.2K K 0.8K 0.6K 0.4K 0.2K t P" OS" T d" 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 X%$se@ling$4met S )" Time[sec] t S = 1 ln 100 ζω n X,assumingζ issmall t S" Percent$overshoot$%OS)$ %OS = 100 e πζ 1 ζ 2 = 100 e πζ ω n ω d %$$ 5% 2% 1% Seeling Timet S ) 3 3.9 4.6 ζω n ζω n ζω n 18

Example 1 Onthecomplexs)planeidenFfytheregionwhere thepolesofasecondordersystemwillmeetthe followingspecificafons: - 5%seelingFme,t S 5%),lessthan1second - %OS<10%

Example 2 Fortheass@spring@dampersystem,whatisthestaFcsteady@ state)gainofthesystem?andhowwouldthephysical parametersm,b,k)affecttheresponseofthesystem? Mx+Bx+kx = ft) k" B" M" x" ft)

Transient and steady-state response ForaLTIsystemsubjecttoaninputut) a n yn) + a n 1 y n 1) ++ a 1 "y + a 0 y = b m u m) + b m 1 u m 1) ++ b 1 "u + b 0 u Totalresponsecanalsobedecomposedintotwoparts: yt) = y T t) + y t) SS Transient Response SteadyState Response Transientresponse:y T t) - decaytozeroataratethatisdeterminedbythecharacterisfc rootspoles)ofthesystem Steady@stateresponse:y SS t) - takethesameformastheforcinginputut) - Asinusoidalinput,thesteadystateresponsewillbeasinusoidal signalwiththesamefrequencyastheinputbutwithdifferent magnitudeandphasewill$be$discussed$later)

Steady-state response FinalvaluetheoremFVT) - Givenasignal slaplacetransformfs),if$the$poles$of$ sfs)$all$lie$in$the$lhp$stable$region),thenft) convergestoaconstantvaluef ).f )canbe obtainedwithoutknowingft)byusingthefvt f ) = lim ft) = lims Fs) t s 0 LTIsystemtransferfuncFon Gs) b m sm + b m 1 s m 1 ++ b 1 s+ b 0 = b s z )s z )s z ) m 1 2 m a n s n + a n 1 s n 1 ++ a 1 s+ a 0 a n s p 1 )s p 2 )s p n ) Steady@statevalueofthefreeresponse Fs,IC's) Y Free s) a n s p 1 )s p 2 )s p n ) y ) = lim y t) = lim s Y s) Free Free Free t s 0

Steady-state response Steady@statevalueofunitimpulseresponse Ys) = Gs) U s) = Steady@statevalueoftheunitstepresponse Ys) = Gs) U s) =

Forced response of harmonic input Steady@stateresponseofinputut)=sinωt) - 1stordersystem: - 2 nd ordersystem: - Forcedresponse: b0 Gs ) = as+ a Gs ) = ω Ys) = Gs) Us) = Gs) s 2 +ω 2 1 0 bs+ b as as a 1 0 2 2 + 1 + 0

Example 3 Forthefollowingsystem,ifainputut)=5is appliedatfmet=0 y + 4 y +12y = 4 u + 3u - Isyt)convergingtoaconstantvalue? - Ifyes,whatwillbethesteady@stateoutput?