1. Matematický model identifikované soustavy

Podobné dokumenty
ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

1 Úvod do číslicové regulace

25 Dopravní zpoždění. Michael Šebek Automatické řízení

Automatizace Úloha č.1. Identifikace regulované soustavy Strejcovou metodou

Analýza diskrétních regulačních obvodů

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

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

( LEVEL 3 Laplaceova transformace jako nástroj řešení lineárních diferenciálních rovnic. )

Systém vztahů obecné pružnosti Zobecněný Hookeův zákon

IDENTIFIKACE REGULOVANÉ SOUSTAVY APLIKACE PRO PARNÍ KOTEL

Teorie systémů a řízení

Příklady k přednášce 20 - Číslicové řízení

21 Diskrétní modely spojitých systémů

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

VYUŽITÍ MATLABU PŘI NÁVRHU FUZZY LOGICKÉHO REGULÁTORU. Ing. Aleš Hrdlička

Automatizace je proces při němž je řídicí funkce člověka nahrazována činností

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela syntéza elektronických obvodů

Vysokofrekvenční obvody s aktivními prvky

Podpora výuky předmětu "Teorie automatického řízení I" Petr Žajdlík

5. cvičení z Matematické analýzy 2

8 - Geometrické místo kořenů aneb Root Locus

Teorie elektronických obvodů (MTEO)

Přednáška Omezení rozlišení objektivu difrakcí

Řízení tepelného výkonu horkovodu simulace řízeného systému i řídicího algoritmu

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. CW01 - Teorie měření a regulace 10.2 ZS 2010/2011. reg Ing. Václav Rada, CSc.

Příklady k přednášce 25 Dopravní zpoždění

Praha technic/(4 -+ (/T'ERATU"'P. ))I~~

Příklady k přednášce 6 - Spojování a struktury

ÚSTAV PRO VÝZKUM MOTOROVÝCH VOZIDEL s.r.o. TÜV Süddeutschland Holding AG TECHNICKÁ ZPRÁVA

4. Práce, výkon, energie

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

Lab. skup. Spolupracoval Měřeno dne Odevzdáno dne. Příprava Opravy Učitel Hodnocení

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

Doplňky k přednášce 23 Diskrétní systémy Diskrétní frekvenční charakteristiky

Příklad 1 Ověření šířky trhlin železobetonového nosníku

STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA MORAVSKÁ OSTRAVA, KRATOCHVÍLOVA 7 Číslo úlohy: 9

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

ANALÝZA A KLASIFIKACE DAT. Institut biostatistiky a analýz

Příklady k přednášce 16 - Pozorovatel a výstupní ZV

Příklady k přednášce 25 Dopravní zpoždění

ZKRATOVÉ PROUDY VÝPOČET ÚČINKŮ ČÁST 2: PŘÍKLADY VÝPOČTŮ

VŠB - Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra automatizační techniky a řízení

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

Ivan Švarc. Radomil Matoušek. Miloš Šeda. Miluše Vítečková. c..~"f~ AKADEMICKÉ NAKlADATEL.STVf. Brno 20 I I

POHON 4x4 JAKO ZDROJ VIBRACÍ OSOBNÍHO AUTOMOBILU

Aplikace experimentálních identifikačních metod pro modelování reálných procesů. Bc. Miroslav Husek

Regulační obvod s měřením regulováné veličiny

Příklady k přednášce 2 - Spojité modely

Zpětná vazba, změna vlastností systému. Petr Hušek

Modelování a simulace Lukáš Otte

25.z-6.tr ZS 2015/2016

Regulační obvod s měřením akční veličiny

Simulátor ochran a protihavarijních automatik (RTDS) - modely měřících a výkonových transformátorů

Flexibilita jednoduché naprogramování a přeprogramování řídícího systému

ELEKTRICKÝ OBVOD, ZÁKLADNÍ OBVODOVÉ VELIČINY,

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Příloha 1 Zařízení pro sledování rekombinačních procesů v epitaxních vrstvách křemíku.

Automatizační technika. Obsah. Algebra blokových schémat Vývojové diagramy. Algebra blokových schémat

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

Z transformace. Definice. Z transformací komplexní posloupnosti f = { } f n z n, (1)

ZPĚTNOVAZEBNÍ ŘÍZENÍ, POŽADAVKY NA REGULACI

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

Příklady k přednášce 19 - Polynomiální metody

Tematický plán Obor: Informační technologie. Vyučující: Ing. Joanna Paździorová

Verifikace modelu VT přehříváků na základě provozních měření

Řešení úloh 1. kola 48. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autořiúloh:J.Jírů(1,3,4,7),I.Čáp(5),I.Volf(2),J.JírůaP.Šedivý(6)

přírodovědných a technických oborů. Scientia in educatione, roč. 5 (2014), č. 1, s

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Katedra fyziky, Studentská 2, Liberec

Osnova přednášky. Univerzita Jana Evangelisty Purkyně Základy automatizace Kvalita regulačního pochodu

Řízení tepelné soustavy s dopravním zpožděním pomocí PLC

Příklady k přednášce 2 - Spojité modely

CW01 - Teorie měření a regulace

Rovnice rovnoměrně zrychleného pohybu

Inovace ve vnìjší ochranì pøed bleskem Izolovaný svod HVI s vysokonapěťovou izolací

Příklady k přednášce 19 - Polynomiální metody

Odpružená sedačka. Petr Školník, Michal Menkina. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Diplomová práce. Plně aktivní podvozek automobilu. Pavel Mašita

Laborato regula ních systém a prost edk Název prezentace ídicích systém Umíst ní laborato E228 Správce laborato Ing. Št pán O ana, Ph.D.

Analýza a zpracování signálů. 5. Z-transformace

4 HMM a jejich trénov

Metoda konečných prvků Základní veličiny, rovnice a vztahy (výuková prezentace pro 1. ročník navazujícího studijního oboru Geotechnika)

1 Modelování systémů 2. řádu

ANALÝZA PRŮCHODU PAPRSKOVÝCH SVAZKŮ KOUTOVÝM ODRAŽEČEM

Úvod do zpracování signálů

Vytvoření skriptů pro webové rozhraní předmětu Analýza a simulace technologických procesů

Vzorový protokol pro předmět Zpracování experimentu. Tento protokol by měl sloužit jako vzor pro tvorbu vašich vlastních protokolů.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV RADIOELEKTRONIKY

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

Číslicové zpracování signálů a Fourierova analýza.

Robustnost regulátorů PI a PID

Vlastnosti členů regulačních obvodů Osnova kurzu

Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra kybernetiky. Bakalářská práce. Řízení Trojkolového vozíku

Gymnázium Česká a Olympijských nadějí, České Budějovice, Česká 64, 37021

Metodika generování a ladění modelů neuronových sítí

DC/DC konvertory ady CHS2

MODELOVÁNÍ VYSOKOFREKVENČNÍCH PULSACÍ

Mechatronika ve strojírenství

Ṡystémy a řízení. Helikoptéra Petr Česák

Aktivní detekce chyb

Transkript:

IDENTIFIKACE SOUSTAVY SEDAČKY SEDAČKA C.I.E.B TYPOVÉ ŘADY 5 A NÁVRH REGULAČNÍHO OBVODU GHARAZI SAYED MOHSEN Technická univerita v Liberci, fakulta trojní, katedra aplikované kybernetiky, Hálkova 6, 46 7 Liberec, 48 5353284, 48 55882, ayed_mohen_gharai@vlib.c Abtract: Tento přípěvek e abývá identifikací a regulací outavy automobilové edačky C.I.E.B typové řady 5 při růných vtupech ignálu. Sedačka je vybavena nelineárním tlumičem, který je natavitelný, tak aby e choval buď jako tvrdý nebo měkký tlumič. Při měření vtupních a výtupních ignálů byl regulátor polohy odpojen, aby neaahoval do dynamických vlatnotí amotatného ytému. Přípěvek bude rodělena do tří hlavních čátí. V první čáti budou analyovány naměřené ignály.v druhé čáti bude identifikována outava edačky na podkladě naměřených ignálů. Polední čát e bude abývat regulací identifikované outavy. Uvedená práce identifikace, regulace a modelování outavy byla realiovaná v programu MATLAB od firmy Mathwork. Klíčová lova: parametrická identifikace, neparametrická identifikace, impulní, přechodová charakteritika, diferenční rovnice.. Matematický model identifikované outavy Metody výpočtu nelineárních outav jou obtížnější a čaově náročnější, než metody řešení u lineárních outav. Využíváme proto čato růné matematické modely pro jejích jednodušení. Matematické modely jou účelné nebo nutné náledujících důvodů : pro pochopení a popi chování mechanických outav při dynamickém namáhání pro modelování odeev na předpokládané vnější íly pro modelování dynamických charakteritik, měnících e v důledku modifikací Matematické modely nejou obecnými modely vlatních outav a kontrukcí, ale ve kutečnoti e jedná modely dynamických vlatnotí těchto outav a kontrukcí. Matematický model dané outavy v čaové oblati může být odvoen na ákladě analytického modelu pomocí druhého Newtonova pohybového ákona. Setavením rovnoti vnitřních il etrvačných, tlumících a pružných il a vnějších il budících il je íkán matematický model ve tvaru diferenciální rovnice druhého řádu. 2. Základní popi identifikovaného ytému Obr. Zjednodušený model dynamického ytému Sedačka má paralelogramové upořádání polohovou regulací, natavitelný tlumič ATESO, vduchová pružina je dvouvlná, doraová outava je pevná pryžovými ilenbloky. Tlumič je upevněn v podélné oe edačky mei podním ramenem paralegramu a nepřímo vrchním rámem podtavce. Natavení tvrdoti tlumiče e provádí plynule páčkou be ajištění polohy. Natavení výšky edáku vhledem k podlae kabiny e provádí ručním kolečkem přeuvnou maticí na oičce. Přeuvná matice je polohovým regulátorem pojena táhlem pře vinutou pružinu. Pro identifikaci dynamických vlatnotí outavy byl odpojen regulátor polohy edačky. Vduchová pružina byla uavřena, tlak v pružině byl nataven na p.25 Mp

Obr. 2 Kinematické chéma identifikovaného ytému Obr. 3 Pohled P ákladní rám a buená čát neodpružená čát D, D2 úchyty tlumiče 2,3 ramena mechanimu edačky E, E2 přenoová člen ovládaní regulátor 4 aretační páka e třemi otvory G otáčení 5 átěž H deky E2O rameno regulátoru I odpružená čát A2, B2 klouby ákladního rámu O oa polohového regulátoru A, B klouby kotevního rámu edačky kotevní klouby, C2 úchyty pružiny pohyblivý kloub 3. Signály Důležitou oučátí identifikace je volba a generování vhodných tetovacích ignálů. Tyto ignály mohou být determinitické, tochatické nebo tv. peudonáhodné. Determinitické ignály le analyticky popat a patří mei ně koková měna, rampový ignál, impul, obdélníkový harmonický ignál atd. Stochatické ignály jou charakteritické tím, že jou analyticky nepopatelné. Každá taková realiace je náhodná a neopakovatelná. Klaickým předtavitelem tohoto druhu ignálu je bílý šum. Peudonáhodné ignály le popat jako náhodné ignály, jejichž vlatnoti mohou být a daných podmínek tejné jako u tochatických ignálů, ale jou íkané determinitickým půobem a jou tedy opakovatelné. Pro buení identifikovaného ytému byly použity 3 druhy ignálů : a kokové měny amplitudou mm vytvořené pomocí programu Matlabu b ignál, který byl naměřen v kabině vou TATRA během jídy na dálnici ignál vou TATRA.

c ignál, který byl naměřen v kabině vou LIAZ 4 během jídy na ilnici ignál vou LIAZ 4. Přehled generovaných a výtupních ignálů: Obr. 4 Čaový průběh vtupní a výtupní kokové měny Obr. 5 Čaový průběh vtupního a výtupního ignálu vou TATRA Obr. 6 Čaový průběh vtupního a výtupního ignálu vou LIAZ 4 3. Fourierova tranformace vygenerovaných vtupních ignálů Roklad obecného, tj. nejen periodického ale také neperiodického ignálu, na harmonické ložky, le určit pomocí Fourierovy tranformace. Tento roklad obahuje obecně ložky o všech frekvencích infiniteimální nekonečně malou amplitudou. Spektrum je pojitá funkce frekvence vi obr. 7 až obr. 9 Definiční vorce přímé a pětné inverní

Fourierovy tranformace pro ignál, tj. funkci xt ve výnamu voru nebo originálu, jou náledující: ω F{ x t} x t exp jωt, X dt 3. x t F { X ω } X ω exp jωt dω, 2π 3.2 Obr. 7 Vtupní ignál vou LIAZ 4 a jeho pektrum Obr. 8 Vtupní ignál vou TATRA a jeho pektrum Obr. 9 Skoková měna vygenerovaný ignál a její pektrum

4. Identifikace outavy Při identifikaci technologické outavy v áadě můžeme vycháet e dvou přítupů: - parametrická identifikace íkání parametrů koeficientů diferenční rovnice modelu - neparametrická identifikace íkání jednotlivých bodů impulní rep. přechodové charakteritiky Parametrická identifikace Pro výpočet koeficientů přenou je možno uvažovat modely růnou trukturou. Uvažujeme nejdříve obecný model ve tvaru : kde A B C D F a b c d f b c d f A... a na... b... c b nc... d... f nd f y na nb nc nf k nd B F Způob určení koeficientů outavy je ávilý na volbě truktury modelu. Pro jednoduchot použijeme LS model, kde F - D - C - : u k C D k 4. A -.ykb -.ukk Pro další výpočet koeficientů le tento model upravit na tvar : 4.2 a nebo A -.yk-b -.ukekk 4.3 A -.ykb -.ukδk 4.4 kde δk předtavuje minimaliaci chyby po úpravě yk * yk - - a * yk - 2 -...a * y k n b * u k b * u k... b * 2 n * maticový ápi má podobu a n δ u k n k yk uk un-k yk- -yk-n koeficienty B A * X kde yk, uk, un-k, yk-, yn-k jou hodnoty íkané měřením. Pro minimaliaci chyby e dá maticový ápi přepat do tvar T T T A * A * X A * B kde T A je tranponovaná matice. Toto je jednoduchá maticová rovnice a její řešení nám dává koeficienty přenou. V náledující čáti této práce jou použity ignály voů Tatra měkkým a tvrdým tlumičem.

a ignál vou TATRA měkkým tlumičem Obr. Odeva outavy na ignál vou TATRA ve podní poloe, měkký tlumič be apojeneho regulátoru a ekvivalentní átěží 6 [kg] Obr. Přehled náhodného ignálu po odečtení třední hpodnoty a ořeávání Výledky identifikace programu Matlabu : %prevod theta formatu do dikretniho A a... a na na Ad -. -.9327.935 B b b... b nb nb Bd -.27 %prevod dikretniho na pojity Ac..673.23 Bc.4.28 Ze íkaných koeficientů Ad, Bd, Ac, Bc, le napat výledný dikrétní a pojitý přeno ve tvaru: F.9327.27.935 2 b ignál vou TATRA tvrdým tlumičem F.377 2.6725.2786.234 Obr. 2 Odeva outavy na ignál vou TATRA ve podní poloe, tvrdý tlumič be apojeneho regulátoru a ekvivalentní átěží 6 [kg]

Obr. 3 Přehled náhodného ignálu po odečtení třední phodnoty a ořeávání Výledky identifikace programu Matlabu : %prevod theta formatu do dikretniho A B a... b b... a na b nb na nb Ad -. -.9329.9352 Bd.27 %prevod dikretniho na pojity Ac..67.24 Bc.4.28 Ze íkaných koeficientů Ad, Bd, Ac, Bc, le napat výledný dikrétní a pojitý přeno ve tvaru: F.9329.27.9352 2 F.378 2.6696.2787.235 5. Modelování regulačního obvodu a eříení regulátoru podle kritéria minima kvadratické regulační plochy Sytémy říení uavřeném obvodu regulace e od otevřeném obvodu liší tím, že k říení využívají principu pětné vaby, obr.2 Řídicí ytém R dotává informace o žádané hodnotě výtupního ignálu, které e protředkují řídicí veličinou w, a porovnává je doaženým výledkem činnoti, tj. e kutečnou hodnotou y. Jetliže exituje odchylka e w y, aahuje řídicí ytém akční veličinou u do říeného ytému S tak, aby odchylku odtranil. Poruchy d mohou půobit jak v mítě půobní akční veličiny jako na obr.4, tak i v jiných mítech říeného ytému S. v u S R e Obr. 4 Říení v uavřeném obvodu y w R řídicí ytém, S říený ytém w řídicí veličina, u akční veličina y výtupní veličina, d - porucha

Obr. 5 Regulační obvod identifikované outavy PID regulátorem Uvažujeme regulační pochod půobený měnou žádané hodnoty regulované veličiny měnou řídicí veličiny, tj. vt, wt ηt, či určitou poruchou, tj. wt, vt ηt, obr. 6 a tanovme čaový integrál J rovn. 8.2 odchylek rovn. 8. regulované veličiny od její nové utálené hodnoty et yt y 8. Obr. 6 Blokové diagramy eříení PID regulátoru metodou minima kvadratické regulační plochy Obr. 7 Regulační pochod vyvolaný měnou vt nebo vnikem wt před optimaliaci Pro eříení regulátoru použijeme integrální kriterium pro kvadratickou regulační plochu J k [ y t y ] 2 dt 8.2 která je vhodná pro periodické regulační pochody. Cílem úpěšnoti eřiování regulátorů rep. Volby truktury regulátoru nebo případně i truktury regulačního obvodu je, aby výše uvedený čaový integrál regulační plochy byl minimální J min

Obr. 8 Regulační pochod vyvolaný měnou vt nebo vnikem wt po optimaliaci Pomocí tohoto kriteria byly určeny parametry PID regulátoru : P I D v, w 8.5878.62976 38.9426 v, w.58.733.46 Tabulka 8. Kontante ragulátoru 6. Stabilita regulačního obvodu Nutnou a potačující podmínkou pro tabilitu uavřeného lineárního regulačního obvodu je, aby všechny kořeny charakteritické rovnic odvodu měly ápornou reálnou čát, čili aby ležely v levé polorovině komplexní roviny. Obr. 9 Roložení kořenů charakteritické rovnice v komplexní rovině

7. Závěr Obr. 2 Buení a odeva identifikované outavy Obr. 2 Buení a odeva reálné outavy Výledky práce můžeme rodělit do dvou kupin a Identifikace outavy Porovnáním grafů na obr.2 a obr.2 je řejmé, že při tejné velikoti buení outavy je odeva reálné outavy velmi podobná odevě identifikované outavy. To namená, že použitá metoda identifikace je vhodná a na ákladě vytvořeného matematického modelu le navrhnout regulátor, který upokojivě plní požadavky regulace. b Regulace outavy Z obr. 8 je řejmé, že optimaliací uavřeného regulačního obvodu bylo doaženo výledků odpovídajících požadavkům na tabilitu outavy a jištěné parametry PID regulátoru le použít pro realiaci identifikované outapvy. literatura: [] Tůma, J.: Zpracování ignálů íkaných mechanických ytémů užitím FFT, Sdělovací technika Praha, 997 [2] Balda, M., Beneš, J., Bošek, B., Hanuš, B., Horánký J., Kuchtíček, B., Strejc, V.: Teorie automatického říení, SNTL Praha, 969 [3] Balátě, J.: Vybrané tatě automatického říení, VUT Brno, 996 [4] Olehla, M.: Základy aplikované kybernetiky, TUL Liberec, 997 [5] Olehla, M.: Identifikace technologických outav, TUL Liberec, 997 [6] Manuál k programu MATLAB vere.3. od firmy MathWork Přípěvek byl podporován grantovou agenturou no. FRVŠ 248/G