Příklady k přednášce 1. Úvod

Podobné dokumenty
Příklady k přednášce 1. Úvod. Michael Šebek Automatické řízení 2019

Příklady k přednášce 1. Úvod

Příklady k přednášce 1. Úvod

Přibližná linearizace modelu kyvadla

TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ TEORETICKÝ ÚVOD. 9, m s.

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

MATEMATIKA III. π π π. Program - Dvojný integrál. 1. Vypočtěte dvojrozměrné integrály v obdélníku D: ( ), (, ): 0,1, 0,3, (2 4 ), (, ) : 1,3, 1,1,

Diferenciální rovnice a jejich aplikace. (Brkos 2011) Diferenciální rovnice a jejich aplikace 1 / 36

Řešení úloh 1. kola 60. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autor úloh: J. Jírů. = 30 s.

s 1 = d t 2 t 1 t 2 = 71 m. (2) t 3 = d v t t 3 = t 1t 2 t 2 t 1 = 446 s. (3) s = v a t 3. d = m.

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

Měření tíhového zrychlení matematickým a reverzním kyvadlem

5. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole

3.1. Newtonovy zákony jsou základní zákony klasické (Newtonovy) mechaniky

Kinematika tuhého tělesa. Pohyb tělesa v rovině a v prostoru, posuvný a rotační pohyb

MECHANICKÉ KMITÁNÍ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

1.5.2 Mechanická práce II

Derivace goniometrických funkcí

TERMIKA VIII. Joule uv a Thompson uv pokus pro reálné plyny

Mechanika úvodní přednáška

Fyzikální učebna vybavená audiovizuální technikou, fyzikální pomůcky

Pokud světlo prochází prostředím, pak v důsledku elektromagnetické interakce s částicemi obsaženými

ELEKTRICKÉ STROJE - POHONY

Příklad 5.3. v 1. u 1 u 2. v 2

Přijímací zkouška pro nav. magister. studium, obor učitelství F-M, 2012, varianta A

9.7. Vybrané aplikace

1. Přímka a její části

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Hmotný bod - model (modelové těleso), který je na dané rozlišovací úrovni přiřazen reálnému objektu (součástce, části stroje);

Necht na hmotný bod působí pouze pružinová síla F 1 = ky, k > 0. Podle druhého Newtonova zákona je pohyb bodu popsán diferenciální rovnicí

Přehled veličin elektrických obvodů

Kontraktantní/dilatantní

Zadání programu z předmětu Dynamika I pro posluchače kombinovaného studia v Ostravě a Uherském Brodu vyučuje Ing. Zdeněk Poruba, Ph.D.

26 Nelineární systémy a řízení

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

Nelineární model tepelné soustavy a GPC regulátor

V p-v diagramu je tento proces znázorněn hyperbolou spojující body obou stavů plynu, je to tzv. izoterma :

VIDEOSBÍRKA DERIVACE

Mechanika - kinematika

KMITÁNÍ PRUŽINY. Pomůcky: Postup: Jaroslav Reichl, LabQuest, sonda siloměr, těleso kmitající na pružině

V následující tabulce jsou uvedeny jednotky pro objemový a hmotnostní průtok.

Obsah. Kmitavý pohyb. 2 Kinematika kmitavého pohybu 2. 4 Dynamika kmitavého pohybu 7. 5 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru 9

Cvičení z termomechaniky Cvičení 5.

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.

Fyzika 1 - rámcové příklady Kinematika a dynamika hmotného bodu, gravitační pole

Připravil: Roman Pavlačka, Markéta Sekaninová Dynamika, Newtonovy zákony

(test version, not revised) 9. prosince 2009

Počty testových úloh

terminologie předchozí kapitoly: (ϕ, Ω) - plocha, S - geometrický obraz plochy

Příklady k přednášce 26 Nelineární systémy a řízení

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2018) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Flexibilita jednoduché naprogramování a přeprogramování řídícího systému

Implicitní funkce. 2 + arcsin(x + y2 ) = arccos(y + x 2 ), [0, 0] , 5] stacionární bod?

VIDEOSBÍRKA DERIVACE

Řešení úloh 1. kola 52. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D., kde t 1 = s v 1

Vlastnosti členů regulačních obvodů Osnova kurzu

l, l 2, l 3, l 4, ω 21 = konst. Proved te kinematické řešení zadaného čtyřkloubového mechanismu, tj. analyticky

Michael Valášek Vedoucí práce: doc. Ing. Václav Bauma, CSc.

5. Servopohony se synchronními motory s permanentními magnety

FYZIKA I. Kyvadlový pohyb. Prof. RNDr. Vilém Mádr, CSc. Prof. Ing. Libor Hlaváč, Ph.D. Doc. Ing. Irena Hlaváčová, Ph.D. Mgr. Art.

MODIFIKOVANÝ KLIKOVÝ MECHANISMUS

1 Analytická geometrie

Řešení : Těleso T je elementárním oborem integrace vzhledem k rovině (x,y) a proto lze přímo aplikovat Fubiniovu větu pro trojný integrál.

VYBRANÉ APLIKACE RIEMANNOVA INTEGRÁLU I. OBSAH A DÉLKA. (f(x) g(x)) dx.

Aproximativní analytické řešení jednorozměrného proudění newtonské kapaliny

BIOMECHANIKA DYNAMIKA NEWTONOVY POHYBOVÉ ZÁKONY, VNITŘNÍ A VNĚJŠÍ SÍLY ČASOVÝ A DRÁHOVÝ ÚČINEK SÍLY

Test jednotky, veličiny, práce, energie, tuhé těleso

Rychlost, zrychlení, tíhové zrychlení

Příklady k přednášce 26 Nelineární systémy a řízení

plochy oddělí. Dále určete vzdálenost d mezi místem jeho dopadu na

2 Fyzikální aplikace. Předpokládejme, že f (x 0 ) existuje. Je-li f (x 0 ) vlastní, pak rovnice tečny ke grafu funkce f v bodě [x 0, f(x 0 )] je

Příklad 3 (25 bodů) Jakou rychlost musí mít difrakčním úhlu 120? -částice, abychom pozorovali difrakční maximum od rovin d hkl = 0,82 Å na

Slezská univerzita v Opavě Obchodně podnikatelská fakulta v Karviné

Matematika 1 pro PEF PaE

Protokol o provedeném měření

Měření tíhového zrychlení reverzním kyvadlem

Obsah na dnes Derivácia funkcie

DERIVACE. ln 7. Urči, kdy funkce roste a klesá a dále kdy je konkávní a

Nakloněná rovina III

F4 SÍLA, PRÁCE, ENERGIE A HYBNOST

Postup řešení: Výkon na hnacích kolech se stanoví podle vztahu: = [W] (SV1.1)

Diferenciáln. lní geometrie ploch

Rovnice paraboly

Skalární a vektorový popis silového pole

Analytická metoda aneb Využití vektorů v geometrii

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ

Digitální učební materiál

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

Lineární a adaptivní zpracování dat. 2. SYSTÉMY a jejich popis v časové doméně a frekvenční doméně

R β α. Obrázek 1: Zadání - profil složený ze třech elementárních obrazců: 1 - rovnoramenný pravoúhlý trojúhelník, 2 - čtverec, 3 - kruhová díra

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2016) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

CVIČENÍ Z ELEKTRONIKY

Sestavení diferenciální a diferenční rovnice. Petr Hušek

Základy elektrotechniky

Energie, její formy a měření

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

Směrová kalibrace pětiotvorové kuželové sondy

7.3.2 Parametrické vyjádření přímky II

s p nazýváme směrový vektor přímky p, t je parametr bodu

Transkript:

Příklady k řednášce. Úvod Michael Šebek Atomatické řízení 08 9-6-8

Kyvadlo řízené momentem Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Pohybová rovnice (. Newtonův zákon ro rotaci) J ϕ M ro moment setrvačnosti J ml M Flsinϕ c M mgl sinϕ c g Nelineární model vst-výst s + ml ϕ mgl sinϕ M c + sin ml y mgl y y ϕ M, c Fg m mg Nelineární stavový model s g sin + l ml y ϕ y, ϕ y, Mc Michael Šebek ARI-Pr-0-07

Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Jen ro zajímavost: řesné řešení? Při hledání řešení (Mathieovy) rovnice ml ϕ+ mgl sinϕ rvní integrál ohyb (výočtem rychlosti z kinetické energie) dϕ g ( cosϕ cosϕ0 ) dt Dále bychom ostovali metodo searace roměnných ϕ ϕ d d dt t C g + g ( cosϕ cosϕ0) ( cosϕ cosϕ0) To ale vede na elitický integrál, který atří mezi tzv. neelementární (je dokázáno, že ho nelze sestavit z elementárních fnkcí) Přesné řešení tak jednodché rovnice (v zavřeném tvar) tedy neeistje! Michael Šebek ARI-Pr-0-07 3

Fázový ortrét Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Řešení nelineárních stavových rovnic ve fázovém rostor - ro. řád je D sin ϕ ϕ Složité křivky, nelze je osat elementárními fnkcemi SW: htt://www.bae.ncs.ed/eole/faclty/seaboch/hase/newhase.html Michael Šebek ARI-Pr-0-05 4

Atomatické řízení - Kybernetika a robotika nelineární stavový model f(,, ) f,, racovní bod Linearizace stavového model ro SISO. řád ( ) (,, ) y h,,,, ozor: msí latit (,, ) (,, ) f,,, f,,, (,, ) y h,, lineární odchylková aroimace f f f + +,,,,, f f f + +,,,,, rotože racovní bod je řešením rovnic!,, h h h + + y,,,,,, Michael Šebek ARI-Pr-0-08 5

Kyvadlo stavová linearizace v obecné oloze Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Nelineární stavový model V obecném racovním bodě + + 0 a lineární odchylková aroimace je g sin + l ml y,,, y,, g cos, 0 ( 0 0) 0 l + + + + + ml y + 0 + 0 ϕ ϕ M g cos, + l ml y c y,, g sin + l ml y,,, Fg m mg Michael Šebek ARI-Pr-0-07 6

Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Kyvadlo stavová linearizace v dolní oloze racovní bod v dolní oloze,,,, ϕ M, ϕ je ekvilibrim,,, (lyne z označení stavů a nelineárních rovnic) dále cos cos 0, takže,, ϕ lineární odchylková aroimace je g + l ml y,, g sin + l ml y Michael Šebek ARI-Pr-0-08 7

Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Kyvadlo stavová linearizace v horní oloze racovní bod horní oloze π,,,, je také ekvilibrim,,, (lyne z označení stavů a nelineárních rovnic) dále cos cosπ, takže, ϕ π, ϕ M, 0 ϕ ϕ π ϕ lineární odchylková aroimace je g + l ml y, π, 0 g sin + l ml y Michael Šebek ARI-Pr-0-07 8

Kyvadlo stavová linearizace ve vodorovné oloze Atomatické řízení - Kybernetika a robotika racovní bod ve vodorovné oloze dorava π,, mgl,, je také ekvilibrim,,, (lyne z označení stavů a nelineárních rovnic) neboť klidový moment vyrovnává tíhové zrychlení dále cos, cosπ, takže lineární odchylková aroimace je ml y mgl volný ád ro konstantní ϕ ϕ ϕ π g sin + l ml y Michael Šebek ARI-Pr-0-07 9,, π

Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Linearizace vnějšího model ro SISO. řád V říadě SISO systém.řád má IO model skalární tvar (,, ) N(,, ) D yyy Lineární odchylková aroimace v racovním bodě je ak y, y, y,,, D D D N N N y+ y + y + + y y y Michael Šebek ARI-Pr-0-07 0

Kyvadlo vnější linearizace v obecné oloze Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Nelineární model + ml y mgl sin y V obecném racovním bodě y, y, y,,,, který slňje ml y + mgl sin y 0 0 0 ml y+ y+ mgl cos y y + + y M ϕ c Fg mg m a lineární odchylková aroimace je ml y + mgl sin y y, y, y,, ml y+ mgl cos y y Michael Šebek ARI-Pr-0-07

Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Kyvadlo vnější linearizace v dolní oloze racovní bod dolní oloze y, y, y,,, je ekvilibrim rotože cos y cos 0, takže lineární odchylková aroimace y y y ϕ ϕ ϕ M M M y ϕ ml y+ mgl y ml y + mgl sin y y, y, y,, Michael Šebek ARI-Pr-0-07

Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Kyvadlo vnější linearizace v horní oloze racovní bod horní oloze y, y, y π,,, je také ekvilibrim dále cos y cosπ, takže y y y ϕ 0 y ϕ ϕ π π y y M M M 0 0 0 lineární odchylková aroimace je ml y mgl y ml y + mgl sin y y, y, y π,, Michael Šebek ARI-Pr-0-07 3

Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Kyvadlo vnější linearizace ve vodorovné oloze racovní bod ve vodorovné oloze dorava y, y, y π,,, mgl ϕ ϕ je také ekvilibrim, neboť klidový moment vyrovnává vliv tíhového zrychlení dále cosϕ, takže cosπ lineární odchylková aroimace je ml y y, y, y π,, mgl ϕ + ml y mgl sin y π volný ád ro konstantní Michael Šebek ARI-Pr-0-07 4

Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Kyvadlo ještě jedno totéž maticově ϕ y, ϕ y, Mc f(,, ), g g f f(,, ) sin + sin + l ml l ml y y h, h (,, ) f f f 0 0 f g f A, B (, ) f f cos, 0 (, ) f l ml h h h h h C [ 0], D (, ) (, ) g cos, + t () l ml yt () Michael Šebek ARI-Pr-0-08 5

Kyvadlo - aroimace v obecné oloze Atomatické řízení - Kybernetika a robotika ϕ y, ϕ y, Mc g sin + l ml y g cos, + t () l ml yt () Nelineární Lineární dole nahoře vodorovně y ϕ y ϕ cos 0,, y ϕ π y ϕ cosπ,, y ϕ π y ϕ cosπ,, Michael Šebek ARI-Pr-0-06 6

Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Kyvadlo - aroimace IO v obecné oloze + ml y mgl sin y D( yyy,, ) N( ) D D D N y y y mgl cos y,, ml, ml y + mgl cos y y dole nahoře vodorovně y ϕ y ϕ cos 0,, y ϕ π y ϕ cosπ,, y ϕ π y ϕ cosπ,, Michael Šebek ARI-Pr-0-06 7

Geometrická interretace Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Linearizace ve fázovém ortrét ϕ sin, kržnice ϕ hyerboly araboly π, Michael Šebek ARI-Pr-0-05 8 π, ( )

Někdy lineární aroimace neeistje Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Nehladká fnkce: diody, tlmiče f( ) Různé fnkce, řeínání, (event-driven) skákající míč Nesojitá fnkce: relé, Colombovo tření Není to fnkce (v matematickém smysl): hystereze (závislost na dráze) f( ) f( ) elektrická: feroelektrický materiál elastická: gmička termostat, Schmidtův sínač Michael Šebek ARI-Pr-0-05 9

Někdy lineární aroimace eistje, ale neomůže Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Některé nelineární sostavy neomůže lineárně aroimovat f ( ψ ) Příklad: kinematika ata v rovině cos 3 sin 3 3 3 Přibližná linearizace v okolí bod (0,0,0) je 0 0 0 0 0 0 není řiditelná A 3 3, B 0 0 0 0 0 0 0 0 Con 3 0 0 0 0 0 0 Intitivně známý fakt: atem nelze římo ohnot do strany Můžeme oojíždět vřed-vzad s střídavým natáčením kol, ale to ž je nelineární řízení To lyne z tzv. ne-holonomického omezení sin 3 cos 3 které latí, okd kola nekložo do strany Michael Šebek ARI-Pr-0-05 0

Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Aroimace ro nelinearity dané grafem Magnetický levitátor s kličko (zjednodšené magnetické ložisko) rovnice ohyb kličky m f (,) m i mg kde síla elektromagnet je teoreticky f (,) m i, ale rakticky složitější eerimentálně změřené křivky (klička d cm, m 8,4.0-3 kg) mg.084mn ekvilibrim magnetická síla vyrší gravitaci Michael Šebek ARI-Pr-0-05

okračování Atomatické řízení - Kybernetika a robotika i f i mg m m 8,4.0-3 3 0, 600mA, 3mm, m(, ) kg, 8, 4.0 kg m fm(,) i mg fm fm m( 0 + ) fm(, i) + + i mg i m f m + i rčíme z graf jako směrnici fm, i Lineární aroimace je 4 N m f i m i i i odhadneme z graf i fm f(, i ) f(, i ) 0 4 0 i i i 3 3 3 3, i 3 (700 500) 0 667 + 47, 6 i 0.4 N A kde signály jso v jednotkách SI [m], ia [ ] Michael Šebek ARI-Pr-0-05

Atomatické řízení - Kybernetika a robotika Logistické zobrazení Nelineární diskrétní systém k ( + ) rk ( )( k ( )) demografický model - vystihje jevy: ro malé olace otimisms (míra růst roste úměrně s velikostí olace), ro velké olace vyhladovění (míra růst klesá úměrně rozdíl úživnost rostředí mins velikost olace) chování silně závisí na arametr r řešení avčinovým diagramem bifrkace Michael Šebek ARI-Pr-0-08 3