Εισαγωγή στην Ανάλυση και Προσοµοίωση Δυναµικών Συστηµάτων

Σχετικά έγγραφα
Εισαγωγή στην Ανάλυση και Προσοµοίωση Δυναµικών Συστηµάτων

Εισαγωγή στην Ανάλυση και Προσοµοίωση Δυναµικών Συστηµάτων

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

e 5t (sin 5t)u(t)e st dt e st dt e 5t e j5t e st dt s j5 j10 (s + 5 j5)(s j5)

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

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE ΑΝΑΛΥΣΗ στο πεδίο των ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

x(t) 2 = e 2 t = e 2t, t > 0

Μετασχηµατισµοί Laplace, Αναλογικά Συστήµατα, ιαφορικές Εξισώσεις

Θέματα Εξετάσεων Ιουνίου 2003 στο μάθημα Σήματα και Συστήματα και Λύσεις

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΝΟΤΗΤΑ 12: ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ BODE

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

m e j ω t } ja m sinωt A m cosωt

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών

Δυναμική Μηχανών I. Συνάρτηση Απόκρισης Συχνότητας

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

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:

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

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

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

ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ BODE ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΟ ΤΕΥΧΟΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ

ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ R-C ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Η θεωρία της άσκησης καλύπτεται από το βιβλίο του Εργαστηρίου. ( j

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


ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

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

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

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

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Επικοινωνίες I ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Παραρτήματα. Παράρτημα 1 ο : Μιγαδικοί Αριθμοί

Ασκήσεις στους Μετασχηµατισµούς Laplace και Fourier και τα Συστήµατα Εξισώσεων

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

ΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 2012 ΘΕΜΑΤΑ Α

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

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

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

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ι Ασκήσεις Πράξης

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10. Μελέτη ηλεκτρικών δικτύων στην Ηµιτονική Μόνιµη Κατάσταση

Η ΗΜΙΤΟΝΟΕΙΔΗΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ Αcos(ωt + φ) ΚΑΙ Η ΦΑΣΟΡΙΚΗ ΤΗΣ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΠΟΚΡΙΣΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΤΩΝ. 10 f Να προσδιορίσετε τις συχνότητες, για τις οποίες το µέτρο της ενίσχυσης είναι 10dB κάτω από την µέγιστη τιµή της.

Τυπική µορφή συστήµατος 2 ας τάξης

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

2. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Γενικά τι είναι σύστηµα - Ορισµός. Τρόποι σύνδεσης συστηµάτων.

x(t)e jωt dt = e 2(t 1) u(t 1)e jωt dt = e 2 t 1 e jωt dt =

Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Aνάλυση Σήματος. 2 η Σειρά Ασκήσεων Θεόδωρος Αλεξόπουλος

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΦΥΕ η ΕΡΓΑΣΙΑ. Προθεσµία παράδοσης 16/11/10

Λογαριθµικοί Ενισχυτές

Κεφάλαιο 2 Διαχείριση Σηµάτων σε Ψηφιακά Συστήµατα Ελέγχου

ΣΤΗΑ ΨΕΣ /4/2013 2:12 πµ

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

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.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-215: Εφαρµοσµένα Μαθηµατικά για Μηχανικούς ιδάσκοντες : Γ. Στυλιανού, Γ.

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

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

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

ΚΕΦΑΛΑΙΑ 3,4. Συστήµατα ενός Βαθµού ελευθερίας. k Για E 0, η (1) ισχύει για κάθε x. Άρα επιτρεπτή περιοχή είναι όλος ο άξονας

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 14 ΚΑΤΩ ΙΑΒΑΤΑ ΦΙΛΤΡΑ BESSEL-THOMSON

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

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

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

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)

2η Εργαστηριακή Άσκηση: ιαγράµµατα Bode και εφαρµογή θεωρήµατος Thevenin

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου εαρινού εξαμήνου (Ιούνιος 2015)

Μάθηµα ευτέρας 20 / 11 / 17

3 η ενότητα ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΕΝΙΣΧΥΤΩΝ

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

Α. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Διάρκεια εξέτασης 2 ώρες

0 f(t)e st dt. L[f(t)] = F (s) =

Δυναμική Μηχανών I. Χρονική Απόκριση Συστημάτων 2 ης Τάξης

ΜΜ803 ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών

Εξεταστική Ιανουαρίου 2007 Μάθηµα: «Σήµατα και Συστήµατα»

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ

Ανάλυση υναµικής ιεργασιών

Κεφάλαιο 7 Βασικά Θεωρήµατα του ιαφορικού Λογισµού

P x = X k 2 (2) = = p = 78% (5)

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

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

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

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Ανάλυση Ηλεκτρικού Σήµατος

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

2x 2 + x + 1 (x + 3)(x 1) 2 dx, 2x (x + 1) dx. b x 1 + x dx x x 2 1, 6u 5 u 3 + u 2 du = 6u 3 u + 1 du. = u du.

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

4 Συνέχεια συνάρτησης

Μεταβατική Ανάλυση - Φάσορες. Κατάστρωση διαφορικών εξισώσεων. Μεταβατική απόκριση. Γενικό μοντέλο. ,, ( ) είναι γνωστές ποσότητες (σταθερές)

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ: ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΘΕ: ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΉ Ι (ΠΛΗ 12) ΛΥΣΕΙΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 3

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

Επίλυση Δ.Ε. με Laplace

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΑΞΗΣ - 1 η ΣΕΙΡΑ

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ

Δυναμική Μηχανών I. Απόκριση Γραμμικών Συστημάτων στο. Πεδίο της Συχνότητας

Κεφάλαιο 4. Απόκριση συχνότητας

4.3 Παραδείγµατα στην συνέχεια συναρτήσεων

Transcript:

Εισαγωγή στην Ανάλυση και Προσοµοίωση Δυναµικών Συστηµάτων

Control Systems Laboratory Περιγραφή Δυναµικών Συστηµάτων Εξίσωση µεταβολής όγκου Η µεταβολή όγκου ισούται µε τη παροχή υγρού Q που σχετίζεται µε τη θέση της... «φούσκας» ( ) d d D h = = Q dt dt dh D = Q= k ( l h) dt ( D ) dh h l k dt + = ( RC) Εξίσωση κυκλώµατος Εφαρµόζουµε τον νόµο τάσεων του Kirchoff υi = R i+ υ0 dυ0 0 + υ0 = A 2 A i = C dt dυ dt υ i

Control Systems Laboratory Περιγραφή Δυναµικών Συστηµάτων συνεχ. Όπως προηγουµένως, ένας σηµαντικός αριθµός φυσικών συστηµάτων περιγράφεται µε ανάλογες διαφορικές εξισώσεις που, στη γενική τους µορφή, γραφονται ως a n d n y( t) + a dt n n 1 d n 1 y( t) +!+ a dt n 1 2 d 2 y( t) + a dt 2 1 dy ( t ) dt + a 0 y( t) = f ( t) dυ0 ( RC) + υ0 = A υi dt όπου y(t) η απόκριση του δυναµικού συστήµατος υπό την επίδραση της επιδρώσας, στο σύστηµα, εισόδου f(t). Αναζητούµε κατάλληλη µεθοδολογία ανάλυσης και προσοµοίωσης της απόκρισης του δυναµικού συστήµατος. Ένα τέτοιο εργαλείο είναι ο Μετασχηµατισµός Laplace. 3

Ο Μετασχηµατισµός Laplace Control Systems Laboratory Γιά µια συνάρτηση f(t) o µετασχηµατισµός της Laplace F(s) ορίζεται ως = L f ( t) F s! e st Είναι δυνατόν, µέσω του αντίστροφου τελεστή, να ευρεθεί η συνάρτηση του χρόνου που αντιστοιχεί µε συγκεκριµένη συνάρτηση Laplace f t 0 = L F s 1 f ( t) dt 4

Control Systems Laboratory Ο Μετασχηµατισµός Laplace συνεχ. Ο αναλυτικός (µέσω του ορισµού) προσδιορισµός του µετασχη- µατισµού Laplace είναι επίπονος. Όµως υπάρχουν πίνακες µετασχηµατισµών Laplace για µεγάλο αριθµό συναρτήσεων π.χ. st e n n! ω L ut ( T) = L t 1 [ sin t n ] 2 2 s = L ω = + s s + ω Πιο πολυσύνθετες συναρτήσεις ευρίσκονται µε χρήση ιδιοτήτων του µετασχηµατισµού Laplace όπως π.χ. m m L ci fi( t) = ci L fi( t) ci = const. i= 1 i= 1 at L e f ( t) = F( s a) όπου F( s) = L f ( t) L d n f t dt n Παράδειγµα: = s n F ( s) s n 1 f ( 0) s n 2 f! ( ( 0) s f n 2 ) ( ( 0) f n 1 ) L 2 + e 2t t 3 + 5 cos 4t = 2 L u ( t ) + L e 2t t 3 + 5 1 d sin 4t L 4 dt = 2 6 5 s + s + 2 + s + 16 4 2 5 ( 0) =

Control Systems Laboratory Ανάλυση Συστήµατος µε Laplace Με βάση τα προηγούµενα, στο σύστηµα που περιγράφεται από την Δ.Ε., a n d n y( t) dt n + a n 1 d n 1 y( t) dt n 1 +!+ a 2 d 2 y( t) dt 2 + a 1 dy ( t ) dt µπορούµε να εφαρµόσουµε τον Laplace d n y( t) dy( t) L a n +!+ a dt n 1 + a dt 0 y( t) = L f ( t)! F s d n y( t) dy( t) L a n +!+ L a dt n 1 + L a dt 0 y( t) = F ( s ) + a 0 y( t) = f ( t) 6

Control Systems Laboratory Ανάλυση Συστήµατος µε Laplace συνεχ. Από προηγουµένως d n y( t) dy( t) L a n +!+ L a dt n 1 + L a dt 0 y( t) = F s a n L d n y( t) +!+ a dt n 1 L dy ( t ) + a dt 0 L y( t) = F s και επειδή, µε βάση τις ιδιότητες, υπενθυµίζουµε: L d n y( t) = s n Y ( s) s n 1 y( 0) s n 2!y 0 dt n αν θεωρήσουµε ότι Τότε L n d y t n s n = dt οπότε ο Laplace της Δ.Ε. γίνεται 7 0 0 0 0 0 0 ( y( 0) =!y ( 0) = = y n 2 ) Y s s y n 2 ( ( 0) = y n 1 ) +!+ a 1 s Y ( s) + a 0 Y ( s) = F ( s) = F ( s) a n s n Y s a n s n +!+ a 1 s + a 0 Y s y n 1 ( 0) = 0

Control Systems Laboratory Ανάλυση Συστήµατος µε Laplace συνεχ. Από προηγουµένως a n s n +!+ a 1 s + a 0 = F ( s) Y ( s ) F ( s) = G ( s ) = Y ( s) = G( s) F ( s) Y s 1 a n s n +!+ a 1 s + a 0 F( s) : η συνάρτηση Laplace της εισόδου, Y( s) : η συνάρτηση Laplace της εξόδου, και G( s) : η Συνάρτηση Μεταφοράς του συστήµατος. 8

Control Systems Laboratory dh Παραδείγµατα Ανάλυσης Συστηµάτων Μεταβολή Στάθµης Δοχείου Αν το δοχείο είναι αρχικά άδειο h(t=0)=0, οπότε L h! ( D ) + h= l k dt ( D ) s H( s) H( s) L( s) + = k H( s) = GH ( s) L( s) 1 D όπου GH( s) =, τ H = τ s+ 1 k Αν H H s 0 0 l l l = = s s+ s s + 0 0 0 1 ( τ 1) H = s H s h( 0 0) lt = l Ls= l s οπότε Και µε τον αντίστροφο Laplace t 1 1 1 1 l 0 τ H ht = L H( s) l = 0 L + = l0 1 e s L s 1 + τ H τ H Απόκριση Κυκλώµατος RC Αν ο πυκνωτής είναι αρχικά αφόρτιστος υ t = =, οπότε 0 ( 0) 0 dυ0 ( RC) + υ0 = A υi dt ( RC) s 0( s) 0( s) A i ( s) ( s) = G ( s) ( s) όπου Αν i t = a sin t i s = a s + οπότε συνεχίζουµε µε τον ίδιο τρόπο ή... Παρατηρείστε ότι όσο το k µεγαλώνει το τ Η µικραινει και το 1/ τ Η µεγαλώνει οπότε το h(t) τείνει πιο γρήγορα στη επιθυµητή στάθµη l 0 9 0 + = i A G ( s) =, τ = RC τ s + 1 2 2 υ ω ω ω

Προσοµοίωση Συστηµάτων Control Systems Laboratory...προσοµοιώνουµε το σύστηµα µε MATLAB-SIMULINK (π.χ. Για Α=10, τ v =4): 10 A 10 2.5 G 4 s = = = = τ 1 4 1 1 s+ s+ s + s+ 0.25 4 και παίρνουµε Έξοδος Είσοδος Δηλαδή τόσο σε αυτό όσο και στο προηγούµενο παράδειγµα η έξοδος παρουσιάζει διαφορά στη φάση και στο εύρος σε σχέση µε την είσοδο 10

Control Systems Laboratory Απόκριση Συχνότητας xt = x ( ωt+ φ ) Γενικά, µία ηµιτονοειδής συνάρτηση o παρίσταται από ένα διάνυσµα X στο µιγαδικό πεδίο, το φάσορά o της, του οποίου ενδεικτικές o παράµετροι είναι το µέτρο X = x 0 και η φάση του X = φ Για ένα σύστηµα µε σχέση εισόδου-εξόδου Y s = G s F s o F( ω) ω 0 sin όταν η είσοδος είναι ηµιτονοειδής, το ίδιο είναι (στη µόνιµη κατάσταση) και η έξοδος και η σχέση µεταξύ των φασόρων o o εισόδου εξόδου είναι Y X o = G( s = jω) = G( ω) F X Κατά συνέπεια για τον µιγαδικό : G ω G ω G ω το µέτρο δίνει την αυξοµείωση (κέρδος), και η γωνία δίνει την διαφορά φάσης o µεταξύ των φασόρων εισόδου και εξόδου Y ω που αντιστοιχούν στην συχνότητα. X 11

Απόκριση Συχνότητας συνεχ. Control Systems Laboratory Δηλαδή, για το παράδειγµα ηλεκτρικού κυκλώµατος RC A A G( s) = G( ω) = τ s+ 1 1+ j ( ωτ) έχουµε A A A A G ( ω) = = = = 1+ j ( ωτ ) 1+ j ( ωτ ) 2 1 + ( ωτ ) 2 1+ ωτ 2 2 ( ω) ( ωτ ) ( ωτ ) ( ωτ ) 1 G = A 1+ j = 0 atan2 1, = tan Μπορούµε να παραστήσουµε σε γραφικές παραστάσεις τις G( ω), G( ω) ως προς τη συχνότητα ω για να δούµε το πως «περνάνε» µέσα από το σύστηµα G τα s σήµατα εισόδου (διαφόρων συχνοτήτων) προς την έξοδο. 12

Απόκριση Συχνότητας συνεχ. Control Systems Laboratory Παρατηρούµε ότι το κέρδος µικραίνει για τις υψηλές συχνότητες, δηλαδή το σύστηµα τις αποκόπτει. Η φάση παίρνει γρήγορα τη τιµή -90 ο Βλέπουµε ότι οι καµπύλες γρήγορα φτάνουν σε οριακή τιµή και είναι δυσδιάκριτες εκεί. G A ( ω) = 2 2 1+ ωτ 1 tan G ω = ωτ 13

Απόκριση Συχνότητας συνεχ. Control Systems Laboratory Κατά συνέπεια, για καλύτερη «οπτικοποίηση», κάνουµε δύο τροποποιήσεις : Το µέγεθος (κέρδος) να παρίσταται µε. 20 log G ω, και 10 ω Η συχνότητα να παρίσταται λογαριθµικά, δηλαδή ο οριζόντιος άξονας είναι log 10 ω 10 ( ) 20 log G ω 1 tan G ω = ωτ log10 Αυτο είναι το «Διάγραµµα Bode» ( ω) 14

Απόκριση Συχνότητας συνεχ. Control Systems Laboratory 3dB 10 ( ) 20 log G ω G ω = tan ωτ 1 BW log10 ω 15

Απόκριση Συχνότητας συνεχ. Control Systems Laboratory G G ( ωc) Το εύρος ζώνης (BandWidth-BW) ορίζεται ως η συχνότητα ω c για την οποία ισχύει 70.7% G( ωc) 20 log10 20 log10 G ( ω ) ( ω ) 2 2 = = 0 2 0 2 20 log G 20 log G 0 = 3.0103 db log G = 20 log G 0 3.0103 db 10 C 10 10 C 10 Για το παράδειγµα του ηλεκτρικού κυκλώµατος RC µπορούµε άµεσα να βρούµε A G ( ω) G( ω) 2 2 G 2 2 ( 0) 2 1 2 1 = = = ωc = 1+ ωτ 1+ ωτ τ 16 C

Διασυνδεση Συστημάτων: Προσοχή! out in ( s) s R 1 R 2 C 1 C 2 s 2 + ( R 1 C 1 + R 2 C 2 + R 1 C 2 )s +1! G s = R 2 C 2 s 1 in ( s) s = 1 3/24/18 G( s) G 2 (s) G 1 (s) = R C s 2 2 R 2 C 2 s +1 1 R 1 C 1 s +1 = R 1 C 1 s +1! G (s) out s 1 s Βιομηχανικά Ηλεκτρονικά - Κ.Ι.Κυριακόπουλος R 2 C 2 s R 1 R 2 C 1 C 2 s 2 + ( R 1 C 1 + R 2 C 2 )s +1 2 = R C s 2 2 R 2 C 2 s +1! G 2 (s) 17

Διασυνδεση Συστημάτων: Προσοχή! Γιατί G( s) G 2 (s) G 1 (s)? Ι 1 in ( s) s = 1 3/24/18 R 1 C 1 s +1! G 1 (s) Ο υπολογισμός της G 1 (s) έγινε με βάση το ότι Ι = 0, πράγμα που ΔΕΝ ισχύει για το διασυνδεδεμένο σύστημα στο οποίο έχουμε μεταφορά ενεργειας από το 1 ο σύστημα στο 2 ο. Βιομηχανικά Ηλεκτρονικά - Κ.Ι.Κυριακόπουλος 18

Διασυνδεση Συστημάτων: Προσοχή! Πότε G( s) = G 2 (s) G 1 (s)? ΕΝΔΙΑΜΕΣΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Ι Μεγάλη εμπέδηση εισόδου ώστε Ι = 0 Κέρδος Τάσης 1 ώστε 1 = 2 3/24/18 Πρέπει οι Δ.Ε. των υποσυστημάτων να ισχύουν. Να υπάρχει δηλαδη ενεργειακή αποσύζευξη μεν αλλά απλή μεταφορά σήματος δε: Ι = 0 1 = 2 Βιομηχανικά Ηλεκτρονικά - Κ.Ι.Κυριακόπουλος 19

Διασυνδεση Συστημάτων: Προσοχή! Ενισχυτής Κοινού Συλλέκτη (CC) Απομονώνει την ΕΙΣΟΔΟ από την ΕΞΟΔΟ. Δρά δηλαδή ως Buffer Ποιό ΕΝΔΙΑΜΕΣΟ ΣΥΣΤΗΜΑ έχει: Μεγάλη εμπέδηση εισόδου ώστε Ι = 0 Κέρδος Τάσης 1 ώστε 1 = 2??????? 3/24/18 Προφανώς, όταν υπάρχει Buffer (υπάρχουν και άλλα είδη) ισχύει: G(s) = G 1 (s) G 2 (s) Βιομηχανικά Ηλεκτρονικά - Κ.Ι.Κυριακόπουλος 20

Διασυνδεση Συστημάτων: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Ι G( s) G 2 (s) G 1 (s) G( s) = G 2 (s) G 1 (s) BUFFER 3/24/18 Βιομηχανικά Ηλεκτρονικά - Κ.Ι.Κυριακόπουλος 21