Příklady k přednášce 1. Úvod



Podobné dokumenty
Příklady k přednášce 1. Úvod

Příklady k přednášce 1. Úvod

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

26 Nelineární systémy a řízení

Příklady k přednášce 26 Nelineární systémy a řízení

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

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

Příklady k přednášce 26 Nelineární systémy a řízení

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

TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ TEORETICKÝ ÚVOD. 9, m s.

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

Přibližná linearizace modelu kyvadla

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

1.5.2 Mechanická práce II

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

Přehled veličin elektrických obvodů

MATEMATIKA PŘÍKLADY NA PROCVIČENÍ Parametrický popis křivek

Reologické modely technických materiálů při prostém tahu a tlaku

Vlastnosti členů regulačních obvodů Osnova kurzu

7. Fázové přeměny Separace

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,

Fyzikální korespondenční seminář MFF UK

Signál v čase a jeho spektrum

y = 1/(x 3) - 1 x D(f) = R D(f) = R\{3} D(f) = R H(f) = ( ; 2 H(f) = R\{ 1} H(f) = R +

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

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

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

CW01 - Teorie měření a regulace

TERMODYNAMIKA 1. AXIOMATICKÁ VÝSTAVBA KLASICKÉ TD Základní pojmy

TERMODYNAMIKA 1. AXIOMATICKÁ VÝSTAVBA KLASICKÉ TD Základní pojmy

Reproduktor elektroakustický měnič převádějící elektrický signál na akustický signál, převážně zvukový

9.7. Vybrané aplikace

2.3.6 Práce plynu. Předpoklady: 2305

NÁVRH A OVĚŘENÍ BETONOVÉ OPŘENÉ PILOTY ZATÍŽENÉ V HLAVĚ KOMBINACÍ SIL

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

MECHANICKÉ KMITÁNÍ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

1. Obyčejné diferenciální rovnice

MANUÁL K ŘEŠENÍ TESTOVÝCH ÚLOH

Flexibilita jednoduché naprogramování a přeprogramování řídícího systému

Harmonický ustálený stav pokyny k měření Laboratorní cvičení č. 1

Cvičení z termomechaniky Cvičení 5.

3.1.8 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru

Sestavení diferenciální a diferenční rovnice. Petr Hušek

Analytická metoda aneb Využití vektorů v geometrii

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

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

4 Spojovací a kloubové hřídele

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

Počty testových úloh

pracovní list studenta

Digitální učební materiál

F4 SÍLA, PRÁCE, ENERGIE A HYBNOST

Maturitní okruhy Fyzika

Měření tíhového zrychlení matematickým a reverzním kyvadlem

VYUŽITÍ MATLABU PRO VÝUKU NUMERICKÉ MATEMATIKY Josef Daněk Centrum aplikované matematiky, Západočeská univerzita v Plzni. Abstrakt

Funkce jedné proměnné

Modelov an ı syst em u a proces

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

, p = c + jω nejsou zde uvedeny všechny vlastnosti viz lit.

Nakloněná rovina III

Slezská univerzita v Opavě Obchodně podnikatelská fakulta v Karviné

15 - Stavové metody. Michael Šebek Automatické řízení

2 Tokové chování polymerních tavenin reologické modely

PRŮTOK PLYNU OTVOREM

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA. Metoda momentů Metoda maximální věrohodnosti

Mechanika - kinematika

OSMILETÉ GYMNÁZIUM BUĎÁNKA, o.p.s. TEMATICKÉ PLÁNY TEMATICKÝ PLÁN (ŠR 2010/11)

GEODETICKÉ VÝPOČTY I.

Mechanika úvodní přednáška

Aproximativní analytické řešení jednorozměrného proudění newtonské kapaliny

Tuhost mechanických částí. Předepnuté a nepředepnuté spojení. Celková tuhosti kinematické vazby motor-šroub-suport.


ELEKTRICKÉ STROJE - POHONY

Řešení úloh 1. kola 55. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B

Výpočty za použití zákonů pro ideální plyn

TU v Liberci Fakulta strojní Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 Hnací hřídele. Hnací hřídele

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2017 Studijní program: Fyzika Studijní obory: FFUM

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




CVIČENÍ Z ELEKTRONIKY

22. Mechanické a elektromagnetické kmity

Stabilita prutu, desky a válce vzpěr (osová síla)

Model tenisového utkání

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

1 Rozdělení mechaniky a její náplň

PŘEDNÁŠKA 6 INTEGRACE POMOCÍ SUBSTITUCE


můžeme toto číslo považovat za pravděpodobnost jevu A.

PŘIJÍMACÍ TEST z informatiky a matematiky pro navazující magisterské studium Fakulta informatiky a managementu Univerzity Hradec Králové

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

5. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole

Pohyb elektronu ve zkříženém elektrickém a magnetickém poli a stanovení měrného náboje elektronu

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

i β i α ERP struktury s asynchronními motory

Symbolicko - komplexní metoda II Sériové zapojení prvků R, L a C

( ) ( ) Tření a valivý odpor II. Předpoklady: 1210

Průhyb ocelového nosníku. Nezatížený a rovnoměrně zatížený nosník

Hnací hřídele. Téma 7. KVM Teorie vozidel 1

Transkript:

Příklady k řednáše. Úvod Mihael Šebek Automatiké řízení 05 Evroský soiální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budounosti 6--5

Kyvadlo řízené momentem Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Pohybová rovnie (. Newtonův zákon ro rotai) Jϕ = M J = ml = M Flsinϕ Nelineární stavový model s = g = sin + u l ml y = g = M mgl sinϕ Nelineární IO model s y = ϕ u = M ml ϕ+ mgl sinϕ = M ml y + mgl sin y = u, Fg = ϕ = y, = ϕ = yu, = M = m mg Mihael Šebek ARI-Pr-0-05

Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Jen ro zajímavost: Eistuje řesné řešení? ϕ+ mgl sinϕ = 0 Při hledání řešení (Mathieuovy) rovnie rvní integrál ohybu (výočtem ryhlosti z kinetiké energie) dϕ g = ( osϕ osϕ0 ) dt Dále byhom ostuovali metodou searae roměnnýh dϕ dϕ = dt = t + C g g ( osϕ osϕ0) ( osϕ osϕ0) Vede na elitiký integrál, který atří mezi tzv. ne-elementární (je dokázáno, že ho nelze sestavit z elementárníh funkí) Přesné řešení rovnie (v uzavřeném tvaru) tedy neeistuje! ml Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 3

Fázový ortrét Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Řešení nelineárníh stavovýh rovni ve fázovém rostoru - ro. řád je D = = sin = ϕ = ϕ Složité křivky, nelze je osat elementárními funkemi SW: htt://www.bae.nsu.edu/eole/faulty/seaboh/hase/newhase.html Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 4

Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Kyvadlo - lineární aroimae v dolní oloze V dolní oloze ϕ = 0, ϕ = 0, M = 0 ϕ = 0 IO model ml ϕ+ mgl sinϕ = M ml ( ϕ ) ( sin os ) + ϕ + mgl ϕ + ϕ ϕ = M + M ϕ = 0 ml (0 + ϕ) + mgl ( sin 0 + ϕ os 0) = 0 + M ml ϕ+ mgl ϕ = M stavový ml y + mgl y = u ϕ = ϕ = 0, = 0, M = 0 g =, = sin + u l ml = 0+ = 0+ g g = + u 0 + = os 0 + ( 0 + u) l ml l ml Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 5

Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Kyvadlo - lineární aroimae v horní oloze ϕ = πϕ, = 0, M = 0 ϕ = 0 v horní oloze ϕ model IO ml ϕ+ mgl sinϕ = M ml (0 + ϕ) + mgl ( sinπ + ϕosπ) = 0 + M ml ϕ mgl ϕ = 0 + M ϕ ml ϕ mgl ϕ = M model stavový ml y mgl y = u ϕ = π = π, = 0, M = 0 g =, = sin + u l ml = 0+ = 0+ g g = + u 0 + = ( sinπ + osπ ) + ( 0 + u) l ml l ml Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 6

Automatiké řízení - Kybernetika a robotika ve vodorovné oloze model IO Kyvadlo - aroimae ve vodorovné oloze ml ϕ+ mgl sinϕ = M (0 ) π π sin os model stavový ml ϕ = M ml y = u ml + ϕ + mgl + ϕ = mgl + M π =, = 0, M = mgl ϕ = π, ϕ = 0, M = mgl ϕ = 0 g =, = sin + u l ml 0+ = 0+ g π π 0 + = sin + os + mgl + u l ml ( ) ϕ ϕ = π ro konstantní volný ád Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 7 = = u ml u ϕ

Geometriká interretae Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Linearizae ve fázovém rostoru (ortrétu) = = sin = ϕ = 0, = 0 = = kružnie = ϕ hyerboly araboly = π, = 0 Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 8 = = π =, = 0 = = ( u = )

Někdy lineární aroimae neeistuje Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Nehladká funke: diody, tlumiče f( ) Různé funke, řeínání, (event-driven) skákajíí míč Nesojitá funke: relé, Coulombovo tření Není to funke (v mat. slova smyslu): hystereze (závislost na dráze) f( ) f( ) elektriká: feroelektriký materiál elastiká: gumička termostat, Shmidtův sínač Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 9

Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Někdy lineární aroimae neomůže Některé nelineární soustavy neomůže lineárně aroimovat u = f ( ψ ) Příklad: kinematika auta v rovině u = uos 3 = usin 3 3 3 = u Přibližná linearizae v okolí bodu (0,0,0) je = u 0 0 0 0 0 0 = 0 není řiditelná A = 03 3, B = 0 0 0 0 0 0 0 0 Con = 3 = u 0 0 0 0 0 0 Intuitivně známý fakt: autem nelze římo ohnout do strany Můžeme oojíždět vřed-vzad s střídavým natáčením kol, ale to už je nelineární řízení To lyne z tzv. ne-holonomikého omezení sin 3 os 3 = 0 které latí, okud kola nekloužou do strany Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 0

Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Aroimae nelinearity dané grafem Magnetiký levitátor s kuličkou (zjednodušené magnetiké ložisko) rovnie ohybu kuličky m = f (,) m i mg kde síla elektromagnetu je teoretiky f (,) m i, ale raktiky složitější eerimentálně změřené křivky (kulička d = m, m = 8,4.0-3 kg) mg = 0.084mN ekvilibrium = magnetiká síla vyruší gravitai Mihael Šebek ARI-Pr-0-05

Aroimae nelinearity dané grafem Automatiké 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 f i m i i určíme z grafu odhadneme z grafu jako směrnii f f i f i m 3 fm 4 N m i, i i i3, i Lineární aroimae je = 667 + 47, 6 i i i 3 3 (, ) (, ) 0 4 0 = = 3 (700 500) 0 0.4 N A kde signály jsou v jednotkáh SI [m], ia [ ] Mihael Šebek ARI-Pr-0-05

Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Logistiké zobrazení Nelineární diskrétní systém k ( + ) = rk ( )( k ( )) Demografiký model - vystihuje jevy: ro malé oulae otimismus (míra růstu roste úměrně s velikostí oulae), ro velké oulae vyhladovění (míra růstu klesá úměrně rozdílu úživnost rostředí minus velikost oulae) Chování silně závisí na arametru r řešení avučinovým diagramem bifurkae Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 3

Nelineární diskrétní systém Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Pavučinový diagram: Oakovaná řešení ro různá r (ekvilibria, osilae s různou eriodou, haos) Simulae: Oakovaná řešení (vždy 00 kroků) ro různá r (od r = 0 (červená) do r= 4 (ururová) Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 4

Další čtení a hraní Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Různé nelineární modely v Simulinku htt://www.hedengren.net/researh/models.htm Alet kreslíí fázové ortréty htt://www.bae.nsu.edu/eole/faulty/seaboh/hase/newhase.html Kyvadlo na Wikiedii htt://en.wikiedia.org/wiki/pendulum_(mathematis) Hezká a čtivá (odborná) kniha o nelineárníh systémeh a haosu - na Amazonu Složitější matematiké knihy, ale ty jsou síš až ro magisterský kurz NES, nebo doktorské kurzy Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 5