1 - Úvod. Michael Šebek Automatické řízení Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Podobné dokumenty
1 - Úvod. Michael Šebek Automatické řízení

Přibližná linearizace modelu kyvadla

1. Vysvětlete pojmy systém a orientované informační vazby (uveďte příklady a protipříklady). 2. Uveďte formy vnějšího a vnitřního popisu systémů.

14. Soustava lineárních rovnic s parametrem

EKONOMETRIE 6. přednáška Modely národního důchodu

Otázky ke Státním závěrečným zkouškám

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

SIMULACE. Numerické řešení obyčejných diferenciálních rovnic. Měřicí a řídicí technika přednášky LS 2006/07

Numerická integrace. b a. sin 100 t dt

Práce a výkon při rekuperaci

ZÁKLADY ELEKTRICKÝCH POHONŮ (EP) Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Nakloněná rovina II

transformace Idea afinního prostoru Definice afinního prostoru velké a stejně orientované.

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

5. Využití elektroanalogie při analýze a modelování dynamických vlastností mechanických soustav

Testování a spolehlivost. 5. Laboratoř Spolehlivostní modely 2

ELEKTRONICKÉ OBVODY I

Katedra aplikované matematiky FEI VŠB Technická univerzita Ostrava

Stýskala, L e k c e z e l e k t r o t e c h n i k y. Vítězslav Stýskala TÉMA 6. Oddíl 1-2. Sylabus k tématu

9 Viskoelastické modely

UNIVERZITA PARDUBICE Fakulta elektrotechniky a informatiky STAVOVÁ REGULACE SOUSTAVY MOTOR GENERÁTOR. Bc. David Mucha

LABORATORNÍ CVIENÍ Stední prmyslová škola elektrotechnická

Modelování a simulace

Příklady k přednášce 1. Úvod

Simulační schemata, stavový popis. Petr Hušek

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

IMPULSNÍ A PŘECHODOVÁ CHARAKTERISTIKA,

Matematika v automatizaci - pro řešení regulačních obvodů:

REGULACE ČINNOSTI ELEKTRICKÝCH ZAŘÍZENÍ

Měřicí a řídicí technika magisterské studium FTOP - přednášky ZS 2009/10. měřicí člen. porovnávací. člen. REGULÁTOR ruční řízení

Parciální funkce a parciální derivace

Teorie obnovy. Obnova

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Laplaceova transformace.

( ) Základní transformace časových řad. C t. C t t = Μ. Makroekonomická analýza Popisná analýza ekonomických časových řad (ii) 1

Pasivní tvarovací obvody RC

11. přednáška 10. prosince Kapitola 3. Úvod do teorie diferenciálních rovnic. Obyčejná diferenciální rovnice řádu n (ODR řádu n) je vztah

ÚVOD DO DYNAMIKY HMOTNÉHO BODU

KEV/RT 2. přednáška. EK

1.5.1 Mechanická práce I

Vliv funkce příslušnosti na průběh fuzzy regulace

LS Příklad 1.1 (Vrh tělesem svisle dolů). Těleso o hmotnosti m vrhneme svisle

Přednáška kurzu MPOV. Klasifikátory, strojové učení, automatické třídění 1

1.3.5 Dynamika pohybu po kružnici I

STATICKÉ A DYNAMICKÉ VLASTNOSTI ZAŘÍZENÍ


zadání: Je dán stejnosměrný motor s konstantním magnetickým tokem, napájen do kotvy, indukčnost zanedbáme.

Lineární rovnice prvního řádu. Máme řešit nehomogenní lineární diferenciální rovnici prvního řádu. Funkce h(t) = 2

Skupinová obnova. Postup při skupinové obnově

SYNTÉZA FYZIKÁLNÍHO OPTIMÁLNÍHO SYSTÉMU

Geometrické modelování. Diferenciáln

Diferenciální rovnice 1. řádu

Biologické modely. Robert Mařík. 9. listopadu Diferenciální rovnice 3. 2 Autonomní diferenciální rovnice 8

PLL. Filtr smyčky (analogový) Dělič kmitočtu 1:N

Základy fyziky + opakovaná výuka Fyziky I

( ) Vzájemná poloha parametricky vyjádřených přímek I. Předpoklady: 7302

Dynamika hmotného bodu. Petr Šidlof

Derivace funkce více proměnných

Systémové struktury - základní formy spojování systémů

Fyzikální korespondenční seminář MFF UK

DRI. VARIZON Jednotka pro zaplavovací větrání s nastavitelným tvarem šíření

EKONOMETRIE 4. přednáška Modely chování spotřebitele

21. Úvod do teorie parciálních diferenciálních rovnic

2.3.6 Práce plynu. Předpoklady: 2305

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Příklady k přednášce 1. Úvod

Prezentace diplomové práce: CNC hydraulický ohraňovací lis Student: Školitel: Konzultant: Zadavatel: Klíčová slova: CNC hydraulic press brake Keyword:

I. Soustavy s jedním stupněm volnosti

listopadu 2016., t < 0., t 0, 1 2 ), t 1 2,1) 1, 1 t. Pro X, U a V najděte kvantilové funkce, střední hodnoty a rozptyly.

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Posloupnosti a řady funkcí. študenti MFF 15. augusta 2008

Zpětná vazba, změna vlastností systému. Petr Hušek

Flexibilita jednoduché naprogramování a přeprogramování řídícího systému

Hlavní body. Úvod do nauky o kmitech Harmonické kmity

Seznámíte se s principem integrace substituční metodou a se základními typy integrálů, které lze touto metodou vypočítat.


25 Dopravní zpoždění. Michael Šebek Automatické řízení

Obsah. Gain scheduling. Obsah. Linearizace

5 GRAFIKON VLAKOVÉ DOPRAVY

Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava 4. TROJFÁZOVÉ OBVODY

Diferenciál a Taylorův polynom

ZMĚNY SKUPENSTVÍ LÁTEK

Cvičení z termomechaniky Cvičení 5.

č é č ř č

ěý í č Č Ě í í í č Č ě¾ í ú č á ř č í ú č Áí í í í í ú ří ř ¾ ó ř¹ í ¾ í é á áů á í ě á ú í ř í ú řě á í ú ě řýý Ě Ýč É Ř č č í

7. VÝROBNÍ ČINNOST PODNIKU

Laplaceova transformace Modelování systémů a procesů (11MSP)

Porovnání způsobů hodnocení investičních projektů na bázi kritéria NPV

Robotika sbírka řešených příkladů

6.22 Vytápěcí zařízení a ohřev teplé vody Novelizováno:

Kmitání tělesa s danou budicí frekvencí

Reaktor s exotermní reakcí. Reaktor s exotermní reakcí. Proč řídit provoz zařízení. Bezpečnost chemických výrob N111001

FINANČNÍ MATEMATIKA- ÚVĚRY

Příjmově typizovaný jedinec (PTJ)

ROTORŮ TURBOSOUSTROJÍ


Využití programového systému MATLAB pro řízení laboratorního modelu

PROJEKT III. (IV.) - Vzduchotechnika. 2. Návrh klimatizačních systémů

Analýza lineárních regulačních systémů v časové doméně. V Modelice (ale i v Simulinku) máme blok TransfeFunction



Transkript:

1 - Úvod Michael Šebek Auomaické řízení 2016 Evroský sociální fond Praha & EU: Invesujeme do vaší budoucnosi 23-2-16

Základní názvosloví Auomaické řízení - Kyberneika a roboika Objek: konkréní auo (amo) Sysém: určiá čás objeku, kerou se zabýváme, řídíme, Moor, sojka, řízení směru (ESC), rychlosi (emoma), brzdění (ABS,EBS), rakce (TCS), érování (RSC), emise, sořeba, HVAC, elemaika, infoainmen, řízení kolony (AHS), Model: nějaký vhodný ois (rovnice, diagram, graf, rogram ) Různé modely sejného sysému ro různé účely: simulace, návrh, 2

Základní názvosloví Auomaické řízení - Kyberneika a roboika Sysémy obecné a zvlášní sousava reguláor, komenzáor, zákon řízení, celkový sysém, uzavřená smyčka r u d y n Signály nějaká fyzikální veličina (ozor: šika není drá ) vsu, akční zásah, reference orucha, rušení: měřená, neměřená výsu: řízený, měřený vniřní veličiny (savy) šum měření regulační odchylka (míra kvaliy) vsu u vsu u vsu u sav d x výsu y řízený výsu měřený výsu orucha y y c y m výsu 3

Základní názvosloví Auomaické řízení - Kyberneika a roboika Přímá vazba (PV, FF) ZV s oruchou a šumem měření Zěná vazba (ZV, FB) sousava reguláor ZV + FF od měřené oruchy Dva suně volnosi (TDF) reguláor PV + FF od reference a oruchy Michael Šebek ARI-01-2015 4

Základní názvosloví Auomaické řízení - Kyberneika a roboika sojiý (čas) - diskréní (čas) - vzorkovaný rk ( ) uk ( ) uk ( ) y () u () y () uk ( ) k yk ( ) k r () A/D k D/A k varo vač k A/D yk ( ) SISO - MIMO k u y sousředěné - rozložené aramery, doravní zoždění neroměnný - roměnný v čase lineární - nelineární u 1 u 2 u m y y 1 2 y l 5

Auomaické řízení - Kyberneika a roboika x () = fx ( (), u(),) y() = hx ( (), u(),) výsu, sav, vsu, čas - obecně vekory Nelineární savový model Savová rovnice - vekorová nelineární diferenciální rovnice rvního řádu Výsuní rovnice - není diferenciální řešení závisí na vsuu a očáečním savu (a na oč. čase) Zvlášní říady: model nezávisí na osunu v čase, je v čase neroměnný (TI) auonomní sysém, neřízený sysém yu saická nelinearia y 1 f1 x1 u1 y =,,, f = x= u= y f n x n u m x( ) = x 0 0 x ( ) = fx ( ( ), u( )), x(0 ) = x y() = hx ( (), u()) x = fx ( ), y= hx ( ) y= hu ( ) Zvlášní y řešení: eriodické, zv. liminí cyklus ekvilibrium, rovnovážný, u(), () () ( (), ()) usálený sav e = ue xe = xe 0= x e = fxe ue 6 0

Auomaické řízení - Kyberneika a roboika Linearia (homogennos + adiivnos): obecný lineární sysém y = S u je lineární vzhledem k vsuu a výsuu, rávě když (ři sejných.) y = S u, y = S u y= S cu + cu = cy + c y ( ) ( ) ( ) Lineární sysémy mají sousu říjemných vlasnosí, keré umožňují užíva mnoho užiečných násrojů (frekvenční charakerisika, ) Lineární savový model má var x () = A() x() + B() u() x( 0) = x0 LTV y() = C() x() + D() u() Je-li navíc časově neroměnný, ak x () = Ax() + Bu() y() = Cx() + Du() x( ) = x Lineární savový model 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 0 0 LTI ( ) Co děla, když náš sysém akový není? 7

Modely vsu-výsu (vnější) Auomaické řízení - Kyberneika a roboika Poisuje vsu, výsu a jejich vyšší derivace, vniřní veličiny římo ne Předokládá se, že říslušné derivace exisují, alesoň ve smyslu disribucí Obecné nelineární IO modely jsou dos divoké, kurz ARI vysačí s ( n) ( m) Dy ( ( ),, y ( ), y( ), ) = Nu ( ( ),, u ( ), u( ), ) a jeho lineárním LTV říadem ( n) ( m) a () y () + + a () y + a () y() = b () u () + + b () u () + b () u() n 1 0 m 1 0 jehož řešení závisí na vsuu (včeně jeho říslušných derivací) ( n 1) a na očáečních odmínkách y ( ),, y ( ), y( ) 0 0 V LTI varianě je o ( n) ( m) a y () + + ay () + ay() = b u () + + bu () + bu() n 1 0 m 1 0 s očáečními odmínkami ( n 1) y (0 ),, y (0 ), y(0 ) 8

Auomaické řízení - Kyberneika a roboika Lineární aroximace zv. linearizace Vybereme nějaké nominální řešení (rajekorii), ve kerém chceme sysém rovozova. Naříklad referenční rajekorie roboa, liminí cyklus nebo, nejčasěji, ekvilibrium - omu říkáme racovní (oerační) bod V okolí nominálního řešení (racovního bodu) nahradíme nelineární model jeho lineární odchylkovou aroximací - ečnou dynamikou Časo omu neřesně říkáme linearizace, řesnější je lineární aroximace (neboť jsou ješě jiné linearizace, řeba zv. řesná linearizace) Funguje o okud 1) je sysém (v rovozovaných režimech) skoro lineární nebo 2) zůsává blízko racovního bodu: malé odchylky, malé signály V sysémech ZV auomaického řízení bývá 2) časo slněno Pozor: aroximace je vždy vzažena k určiému racovnímu bodu a laí jen ro malé odchylky od něj - nezaomeň! Když 1) ani 2) nelaí, řeíná se někdy více reguláorů založených na aroximacích v různých racovních bodech (zv. gain scheduling) V někerých říadech aroximace neexisuje nebo je k ničemu Někdy aroximaci nechceme/nemůžeme ouží (sabilizace kyvadla vs. vzyčení) 9

Lineární aroximace - linearizace Auomaické řízení - Kyberneika a roboika V okolí nominálního řešení (racovního bodu) laí x () = x () + x () = f( x () + x(), u () + u()) = fx ( (), u()) + x() + u() + = = y() = y () + y() = gx ( () + x(), u () + u()) = hx ( (), u()) + x() + u() + kde rozvíjíme nelineární funkce v Taylorovy řady v okolí nominálního řešení (okud arciální derivace exisují) Pro malé odchylky ak dosáváme lineární aroximaci x() = x () + x() u() = u () + u() y() = y () + y() členy vyšších řádů členy vyšších řádů x () = x() + u() y() = x() + u() Michael Šebek ARI-01-2015 10

Auomaické řízení - Kyberneika a roboika Lineární aroximace - shrnuí Nelineární model v okolí nominálního řešení aroximujeme lineárním x () = fx ( (), u()) x(), u() x () = A x() + B u() y() = hx ( (), u()) y() = C x() + D u() kde jsou f, f, C h, D h A= B= = = ( x, u) ( x, u) ( x, u) ( x, u) Jacobiho maice funkcí fh, vyčíslené v nominálním bodě Nař. 1 1 1 2 A = = 2 2, (, ) x u 1 2 x= x u= u jde o i ro časově roměnné sysémy, sačí všude řisa a dosaneme A(), B(), C(), D() ( x(), u() ) 11, Pozor: laí ro odchylky, ale časo se íše bez!

Auomaické řízení - Kyberneika a roboika V okolní nominálního řešení či racovního bodu y(), u() můžeme IO model aroximova lineárním odobně jako savový ( n) ( m) Vyjádříme Dy ( ( ),, y ( ), y( ), ) = Nu ( ( ),, u ( ), u( ), ) ro ( n) ( n) ( n) y() = y() + y(),, y () = y () + y (), ( m) ( m) ( m) u() = u () + u(),, u () = u () + u () Použiím Taylorových řad dosáváme osuně D D D ( n) D + y+ y + + y + členy vyšších řádů ( n) y y y Lineární aroximace je N N N N u u u ( m) = + + + + + ( m) Lineární aroximace IO modelu D D D N N N y+ y + + y u+ u + + u y y y ( n) ( m) ( n) ( m) Michael Šebek ARI-01-2015 12 členy vyšších řádů a y+ a y + + a y = b u+ b u + + b u ( n) ( m) 0 1 n 0 1 m

Diskréní savový model Auomaické řízení - Kyberneika a roboika Proměnný v čase Nelineární x( k+ 1) = fx ( ( k), u( k), k) y( k) = hx ( ( k), u( k), k) Lineární x( k+ 1) = A( k) x( k) + B( k) u( k) y( k) = C( k) x( k) + D( k) u( k) Neroměnný v čase x( k+ 1) = fx ( ( k), u( k)) y( k) = hx ( ( k), u( k)) x( k+ 1) = Ax( k) + Bu( k) y( k) = Cx( k) + Du( k) Počáeční sav x( k ) = x 0 0 Rovnovážný, usálený sav - ekvilibrium x(0) = u( k) = u, x( k) = x x = fx (, u) e e e e e e e x 0 Michael Šebek ARI-01-2015 13

Auomaické řízení - Kyberneika a roboika Diskréní model vsu-výsu (vnější) Nelineární Dy ( ( k+ n),, y( k+ 1), y( k), k) = Nu ( ( k+ m),, u( k+ 1), u( k), k) Lineární v čase roměnný (LTV) a ( k) y( k+ n) + + a ( k) y( k+ 1) + a ( k) y( k) n 1 0 = b ( k) u( k+ m) + + b ( k) u( k+ 1) + b ( k) u( k) m 1 0 s očáečními odmínkami y( k+ n 1),, y( k+ 1), y( k) Lineární v čase neroměnný (LTI) ay( k+ n) + + ay( k+ 1) + ay( k) n 1 0 = b u( k+ m) + + bu( k+ 1) + bu( k) m 1 0 s očáečními odmínkami y( n 1),, y(1), y(0) Michael Šebek ARI-01-2015 14

Auomaické řízení - Kyberneika a roboika x( k+ 1) = fx ( ( k), u( k)) y( k) = hx ( ( k), u( k)) Lineární aroximace diskréních modelů x( k) = x ( k) + x( k) u( k) = u ( k) + u( k) y( k) = y ( k) + y( k) x( k+ 1) = x( k+ 1) + x( k+ 1) = fx ( ( k) + x( k), u( k) + u( k)) fx ( ( k), u( k)) + x( k) + u( k) y( k) = y ( k) + y( k) = gx ( ( k) + x( k), u ( k) + u( k)) hx ( ( k), u( k)) + x( k) + u( k) Je o jako u sojiých modelů: čas je sice diskréní, ale hodnoy jsou sojié (koninuum) x( k+ 1) x( k) + u( k) y( k) x( k) + u( k) Michael Šebek ARI-01-2015 15