Doplňky k přednášce 23 Diskrétní systémy Diskrétní frekvenční charakteristiky

Podobné dokumenty
12 - Frekvenční metody

23 - Diskrétní systémy

23 - Diskrétní systémy

7 - Ustálený stav kmitavý a nekmitavý, sledování a zadržení poruchy

Příklady k přednášce 25 Dopravní zpoždění

Příklady k přednášce 20 - Číslicové řízení

Příklady k přednášce 25 Dopravní zpoždění

25 Dopravní zpoždění. Michael Šebek Automatické řízení

21 Diskrétní modely spojitých systémů

8 - Geometrické místo kořenů aneb Root Locus

Příklady k přednášce 16 - Pozorovatel a výstupní ZV

Příklady k přednášce 13 - Návrh frekvenčními metodami

Příklady k přednášce 5 - Identifikace

14 - Moderní frekvenční metody

Příklady k přednášce 6 - Spojování a struktury

13 - Návrh frekvenčními metodami

Vzorový test k přijímacím zkouškám do navazujícího magisterského studijního oboru Automatické řízení a informatika (2012)

3 - Póly, nuly a odezvy

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

X31EO2 - Elektrické obvody 2. Kmitočtové charakteristiky

Příklady k přednášce 19 - Polynomiální metody

Příklady k přednášce 14 - Moderní frekvenční metody

Frekvenční charakteristiky

20 - Číslicové a diskrétní řízení

26 Nelineární systémy a řízení

Osnova přednášky. Univerzita Jana Evangelisty Purkyně Základy automatizace Stabilita regulačního obvodu

Modelování systémů a procesů (11MSP) Bohumil Kovář, Jan Přikryl, Miroslav Vlček. 8. přednáška 11MSP pondělí 20. dubna 2015

Příklady k přednášce 3 - Póly, nuly a odezvy

Nastavení parametrů PID a PSD regulátorů

Příklady k přednášce 3 - Póly, nuly a odezvy

ÚPGM FIT VUT Brno,

Západočeská univerzita. Lineární systémy 2

Automatizace je proces při němž je řídicí funkce člověka nahrazována činností

CW01 - Teorie měření a regulace

Podpora výuky předmětu "Teorie automatického řízení I" Petr Žajdlík

Frekvenční metody syntézy

D C A C. Otázka 1. Kolik z následujících matic je singulární? A. 0 B. 1 C. 2 D. 3

Příklady k přednášce 8 - Geometrické místo kořenů aneb Root Locus

Impedanční děliče - příklady

Nauka o Kmitání Přednáška č. 4

Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd KKY/LS2. Plzeň, 2008 Pavel Jedlička

Statická analýza fyziologických systémů

Příklady k přednášce 2 - Spojité modely

Automatizace Úloha č.1. Identifikace regulované soustavy Strejcovou metodou

Funkce komplexní proměnné a integrální transformace

7. Funkce jedné reálné proměnné, základní pojmy

FYZIKA I. Rovnoměrný, rovnoměrně zrychlený a nerovnoměrně zrychlený rotační pohyb

s požadovaným výstupem w(t), a podle této informace generuje akční zásah u(t) do

B. MECHANICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ

Komplexní analýza. Laplaceova transformace. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek ( 2015)

Příklady k přednášce 19 - Polynomiální metody

Flexibilita jednoduché naprogramování a přeprogramování řídícího systému

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

Předmět A3B31TES/Př. 7

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

Omezenost funkce. Definice. (shora, zdola) omezená na množině M D(f ) tuto vlastnost. nazývá se (shora, zdola) omezená tuto vlastnost má množina

Příklady k přednášce 12 - Frekvenční metody

KTE/TEVS - Rychlá Fourierova transformace. Pavel Karban. Katedra teoretické elektrotechniky Fakulta elektrotechnická Západočeská univerzita v Plzni

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela obvodové funkce

Nalezněte hladiny následujících funkcí. Pro které hodnoty C R jsou hladiny neprázdné

REGULACE EL. POHONŮ Stabilita a tlumení. Obr. 1. Schéma uzavřené regulační smyčky. Obr. 2. Ukazatele kvality regulace

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

Základy matematiky pro FEK

1 Úvod do číslicové regulace

Komplexní analýza. Reziduová věta a její aplikace. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek v letech

Lineární a adpativní zpracování dat. 3. Lineární filtrace I: Z-transformace, stabilita

4 - Vlastnosti systému: Stabilita, převrácená odezva, řiditelnost a pozorovatelnost

Opakování z předmětu TES

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

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Mezi elementární komplexní funkce se obvykle počítají tyto funkce: f(z) = az + b,

Komplexní analýza. Holomorfní funkce. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

5. cvičení z Matematické analýzy 2

1 LIMITA FUNKCE Definice funkce. Pravidlo f, které každému x z množiny D přiřazuje právě jedno y z množiny H se nazývá funkce proměnné x.

Nejprve si připomeňme z geometrie pojem orientovaného úhlu a jeho velikosti.

PŘEDNÁŠKA 9 KŘIVKOVÝ A PLOŠNÝ INTEGRÁL 1. DRUHU

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Příklady k přednášce 2 - Spojité modely

20 - Číslicové a diskrétní řízení

ω=2π/t, ω=2πf (rad/s) y=y m sin ωt okamžitá výchylka vliv má počáteční fáze ϕ 0

10 - Přímá vazba, Feedforward

Lineární a adaptivní zpracování dat. 3. SYSTÉMY a jejich popis ve frekvenční oblasti

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

Elektromechanický oscilátor

11 - Regulátory. Michael Šebek Automatické řízení

Příloha č. 1. amplitudová charakteristika filtru fázová charakteristika filtru / frekvence / Hz. 1. Určení proudové hustoty

Vysokofrekvenční obvody s aktivními prvky

Diferenciální počet - II. část (Taylorův polynom, L Hospitalovo pravidlo, extrémy

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

Přednáška Omezení rozlišení objektivu difrakcí

Inverzní Laplaceova transformace

Laplaceova transformace

Lineární stabilita a teorie II. řádu

Cvičné texty ke státní maturitě z matematiky

(test version, not revised) 9. prosince 2009

1 Analytická geometrie

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

Přednáška 11, 12. prosince Část 5: derivace funkce

Transkript:

Doplňky k přednášce 3 Dikrétní ytémy Dikrétní frekvenční charakteritiky Michael Šebek Automatické řízení 011-1-11

Automatické řízení - Kybernetika a robotika e jω Matematika: Komplexní exponenciála = coω+ jinω Eulerův vztah Komplexní exponenciála σ+ jω σ e = e coω+ jinω ( ) Mimochodem, plyne z něj nejhezčí vztah j matematiky e π = 1 Sinu a koinu jou periodické funkce periodou π, proto i funkce j e σ+ ω je periodická komplexní periodou πi a peciálně j e ω (komplex. funkce reálné proměnné) je periodická periodou π h j h e = e ω je periodická periodou π h = ω = ωn Uvnitř periody jou funkce ymetrické, neboť inu a koinu jou ym. Graf e jω v komplexní rovině ω e = 1 jω e = ω rad/ Graf e α+jω v komplexní rovině amplituda hodnot je vyznačená jaem, fáze hodnot barvou σ+ jω σ e = e σ+ jω e = ω rad/ Michael Šebek ARI-Dop-3-011

Automatické řízení - Kybernetika a robotika Frekvenční přeno a Bodeho graf frekvenční přeno Gz ( ) = Ge ( jωh ) je periodická funkce ω periodou π = ω = h ω a uvnitř periody je ymetrická j h graf Ge ( ω ) proto čato krelíme N jen pro 0 ω ω = ω = π N h tedy na horní polovině kružnice ωn = ωπ = h ω N = ωπ = h Michael Šebek ARI-Dop-3-011 3

Příklad Sytémy 1 pojitý přeno vzorkovaný periodami h = 0., 1, + ( 1) >> G=1/(1+)/ G = 1 / (+1) >> Gz1=cd(tf(G),0.) Tranfer function: 0.01873 z + 0.0175 ---------------------- z^ - 1.819 z + 0.8187 Sampling time: 0. >> Gz=cd(tf(G),1) Tranfer function: 0.3679 z + 0.64 ---------------------- z^ - 1.368 z + 0.3679 Sampling time: 1 >> Gz3=cd(tf(G),) Tranfer function: 1.135 z + 0.594 ---------------------- z^ - 1.135 z + 0.1353 Sampling time: h1 = 0. ω = 30 ω h = 1 ω = 6 ω n h3 = ω = 3 ω n n ω = ω = π T N Michael Šebek - ČVUT - 006 005 4

Dikrétní Bodeho graf Sytémy nelze krelit pomocí jednoduchých aymptot neplatí vztah mezi fází a derivací amplitudy v log-log ouřadnicích ϕ [ deg] vzorkování způobuje přídavné fázové zpoždění ϕ = G( jω) Gz( jω) ωt [ rad] 9ωh [ deg] tato aproximace je dobrá do ωt π tj. do protože přechodové frekvence bývají menší ωc < ω 4 odhadneme PM po vzorkování a tvarování tak, že od pojitého PM protě ωh ϕ = [ ] 9 odečteme faktor rad ωh[ deg] π = ω = ω 4 ωt Michael Šebek - ČVUT - 006 5

Dikrétní Nyquitův graf Sytémy Gz ( ) = Ge ( jωh ) je periodická funkce ω periodou ω = ω = π Dikrétní Nyquitův graf proto ho čato krelíme jen pro j h Ge ( ω ) 0 (na horní polovině kružnice) Control Sytem Tbx ho (default) krelí na celé kružnici ωn ω ωn Příklad G ( ) = 11+ ω ωn = ω = π h G=1/(1+);nyquit(tf(G),cd(tf(G),0.), cd(tf(g),1),cd(tf(g),)) N h G,nyquit(G) G = 1 / 1 + ω = ω = 0 ω = π h ω = 0 15,7 Gz=cd(tf(G),0.), nyquit(gz) Tranfer function: 0.1813 ---------- z - 0.8187 Sampling time: 0. Michael Šebek - ČVUT - 006 6

Příklad pojitý přeno 1 + ( 1) Sytémy vzorkovaný periodami h = 0., 1, >> G=1/(1+)/ G = 1 / (+1) >> Gz1=cd(tf(G),0.) Tranfer function: 0.01873 z + 0.0175 ---------------------- z^ - 1.819 z + 0.8187 Sampling time: 0. >> Gz=cd(tf(G),1) Tranfer function: 0.3679 z + 0.64 ---------------------- z^ - 1.368 z + 0.3679 Sampling time: 1 >> Gz3=cd(tf(G),) Tranfer function: 1.135 z + 0.594 ---------------------- z^ - 1.135 z + 0.1353 Sampling time: h1 = 0. ω = 30 ω h 1 ω = 6 ω h = 3 n ω = 3 ω = n n ωn = ω = π h ω = ω = 0 Michael Šebek - ČVUT - 006 007 7

Sytémy Dikrétní Nyquitovo kritérium tability Michael Šebek - ČVUT - 006 005 8

Na rozdíl od pojitého případu Sytémy na rozdíl od pojitého případu netabilita je vně jednotkové kružnice, ale tuto oblat není jednoduché obkroužit konturou tabilní netabilní proto naopak obkroužíme oblat tability a omezíme e na případy, kdy funkce H( z) má z tejný počet nul a pólů označíme ho n To je plněno koro vždy, např. když Lz ( ) je triktně ryzí Tedy pro Hz ( ) = 1 + Lz ( ) označíme (jako ve pojitém případě) Z počet netabilních CL pólů = počet netabilních nul funkce H( z) P počet netabilních OL pólů = počet netabilních nul funkce H( z) N počet obkroužení kritického bodu -1 Nyquitovým grafem Lz ( ) ve tejném měru, ve kterém obkružujeme jednotkovou kružnici (obvykle proti měru hod. ručiček), opačná obkr. počítáme záporně Pak z principu argumentu plyne: N = počet tabilních nul H( z ) počet tabilních pólů H( z) N = ( n Z) ( n P) = P Z Z = P N Michael Šebek - ČVUT 009 9

Dikrétní Nyquitovo kritérium tability Sytémy Dikrétní Spojitý pro rovnání CL ytém má Z = P N netabilních pólů, kde Z = N + P N počet bodu -1 Nyquitovým grafem L() ale tady je N P počet netabilních OL pólů. Nyquitovo kritérium tability CL ytém je tabilní P= N P= N N počet obkroužení Nyquitova grafu L() ale tady P počet netabilních OL pólů je N, takže je Zvláštní případ: tabilní OL ytém Nyquitovo kritérium tability pro tabilní OL ytém Je-li OL ytém tabilní, pak je i CL ytém tabilní Nyquitův graf L() neobkrouží kritický bod -1 to vlatně tejně Michael Šebek - ČVUT - 009 10

Odvození obojího - pro rovnání Sytémy n počet nul fce H( z ) (= OL pólů) = počet pólů H( z) (= CL pólů) Z počet netabilních CL pólů = počet netabilních nul funkce P počet netabilních OL pólů = počet netabilních nul funkce N počet obkroužení kritického bodu -1 Nyquitovým grafem ve tejném měru, ve kterém obkružujeme uvažovanou oblat Spojitý Dikrétní obkružujeme oblat netability po měru hodinových ručiček z Principu argumentu plyne N Z P Z toho plyne Z = P+ N CL tabilní když Z = 0, tj. když P= N tedy obkroužení opačným měrem tedy proti měru hodin. ručiček obkružujeme oblat tability proti měru hodinových ručiček z Principu argumentu plyne N = n Z n P = P Z = ( ) ( ) z toho plyne Z = P N CL tabilní když Z = 0, tj. když P= N tedy obkroužení tejným měrem tedy proti měru hodinových ručiček Michael Šebek - ČVUT - 009 11

Příklad Sytémy Přeno otevřené myčky je netabilní, tedy P =1 Nyquitův graf je Lz ( ) = z >> a=z-,b= a = - + z b = >> nyquit(b/a) >> a+b an = z tedy je N =1 a uzavřená myčka je tabilní Opravdu charakteritický polynom uzavřené myčky je cz ( ) = z + = z, tedy tabilní ( ) Michael Šebek - ČVUT - 006 009 1

Příklad Sytémy Vyhodnoťte CL tabilitu dikrétního ytému e outavou G ( ) = 1 ( + 1) vzorkovanou frekvencí 0.5 Hz (tj. periodou vzorkování h = ) tvarovacím členem nultého řádu (ZOH) a dikrétním proporcionálním regulátorem ( L( z) = KG( z) ) >> G=1/(1+)/ G = 1 / (+1) >> Gz3=cd(tf(G),) Tranfer function: 1.135z + 0.594 --------------------- z^ - 1.135z + 0.1353 Sampling time: >> zpk(gz3) Zero/pole/gain: 1.1353 (z+0.53) ----------------- (z-1) (z-0.1353) Sampling time: K=1;Lz=K*Gz3; nyquit(lz) N = 0, P= 0 Z = 0 >> pformat rootc >> Gzp=df(Gz3); >> K=1;Lz=K*Gzp; >> cl_char=lz.num+lz.den cl_char = (z+0.8540i)(z-0.8540i) >> itable(cl_har_pol) an = 1 Michael Šebek - ČVUT - 006 005 13

Příklad: Dikrétní PM a GM Pro outavu G ( ) = 1 ( + 1) vzorkovanou frekvencí 5 Hz, ZOH a dikrétní P regulátor K = 1 najděte dikrétní PM a GM Sytémy >> Gz=cd(tf(1/(1+)^/),1/5,'zoh'); >> zpk(gz) Zero/pole/gain: 0.001077(z+3.381)(z+0.4) ---------------------------- (z-1)(z-0.8187)^ Sampling time: 0. >> Lz=Gz;nyquit(Lz) GM 1.7 5dB, PM 17.5º pojité hodnoty koro tejné: GM 6dB PM 1º Korekce: PM di = PM ϕ poj = PM poj 9ωh = 1 9 0.6 0. = 1 3.5 = 17.5 Michael Šebek - ČVUT - 006 005 14