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

9.7. Vybrané aplikace

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,

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

Přehled veličin elektrických obvodů

TERMODYNAMIKA 1. AXIOMATICKÁ VÝSTAVBA KLASICKÉ TD Základní pojmy

TERMODYNAMIKA 1. AXIOMATICKÁ VÝSTAVBA KLASICKÉ TD Základní pojmy

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

Přibližná linearizace modelu kyvadla

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

Flexibilita jednoduché naprogramování a přeprogramování řídícího systému

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

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

1.5.2 Mechanická práce II

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 +

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

Příklady k přednášce 26 Nelineární systémy a řízení

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

5. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole

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

NÁVRH A OVĚŘENÍ BETONOVÉ OPŘENÉ PILOTY ZATÍŽENÉ V HLAVĚ KOMBINACÍ SIL

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

MATEMATIKA PŘÍKLADY NA PROCVIČENÍ Parametrický popis křivek

(0, y) 1.3. Základní pojmy a graf funkce. Nyní se již budeme zabývat pouze reálnými funkcemi reálné proměnné a proto budeme zobrazení

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

m cyklotronová frekvence

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

TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ TEORETICKÝ ÚVOD. 9, m s.

Funkce jedné proměnné

Fyzikální korespondenční seminář MFF UK

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

2.3.6 Práce plynu. Předpoklady: 2305


Modelov an ı syst em u a proces

Příklady k přednášce 4 -Vlastnosti systému

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

Derivace goniometrických funkcí

Derivace funkce. Obsah. Aplikovaná matematika I. Isaac Newton. Mendelu Brno. 2 Derivace a její geometrický význam. 3 Definice derivace

CW01 - Teorie měření a regulace

PŘEDNÁŠKA 6 INTEGRACE POMOCÍ SUBSTITUCE

MECHANICKÉ KMITÁNÍ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

MANUÁL K ŘEŠENÍ TESTOVÝCH ÚLOH

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

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

Aproximativní analytické řešení jednorozměrného proudění newtonské kapaliny

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

Mechanika - kinematika

qb m cyklotronová frekvence

Reologické modely technických materiálů při prostém tahu a tlaku

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

Sestavení diferenciální a diferenční rovnice. Petr Hušek

Měření tíhového zrychlení matematickým a reverzním kyvadlem

Vlastnosti členů regulačních obvodů Osnova kurzu

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

1. Přímka a její části

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

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

14. cvičení z Matematické analýzy 2

3.1.8 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru


Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2017) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

CVIČENÍ Z ELEKTRONIKY

Analytická metoda aneb Využití vektorů v geometrii

Základy elektrotechniky

Kmitání systému s 1 stupněm volnosti, Vlastní a vynucené tlumené kmitání

III. Dvojný a trojný integrál

7. Fázové přeměny Separace

Signál v čase a jeho spektrum

Diferenciáln. lní geometrie ploch

pracovní list studenta RC obvody Měření kapacity kondenzátoru Vojtěch Beneš

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

Parciální derivace a diferenciál

(test version, not revised) 9. prosince 2009

STABILITA SYNCHRONNÍHO HO STROJE PRACUJÍCÍHO

I. VRSTEVNICE FUNKCE, OTEV ENÉ A UZAV ENÉ MNOšINY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P03 MECHANIKA TUHÝCH TĚLES

Protokol o provedeném měření

Matematika 1. 1 Derivace. 2 Vlastnosti a použití. 3. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 16

12 - Frekvenční metody

Matematika 1 pro PEF PaE

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.

Křivkové integrály prvního druhu Vypočítejte dané křivkové integrály prvního druhu v R 2.

Digitální učební materiál

Parciální derivace a diferenciál

Průhyb ocelového nosníku. Nezatížený a rovnoměrně zatížený nosník

Kristýna Kuncová. Matematika B3

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

1. Obyčejné diferenciální rovnice

Téma: Dynamika - Úvod do stavební dynamiky

Příklad 5.3. v 1. u 1 u 2. v 2

Knihovna modelů technologických procesů. Bc. Radim Pišan

Nakloněná rovina III

Matematika 1 pro PEF PaE

1 Modelování systémů 2. řádu

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

Laplaceova transformace

Transkript:

Příklady k řednáše. Úvod Mihael Šebek Automatiké řízení 06 Evroský soiální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budounosti --6

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

Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Jen ro zajímavost: Eistuje řesné řešení? Při hledání řešení (Mathieuovy) rovnie ml ϕ+ mgl sinϕ = 0 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) To ale vede na elitiký integrál, který atří mezi tzv. neelementární (je dokázáno, že ho nelze sestavit z elementárníh funkí) Přesné řešení rovnie (v uzavřeném tvaru) tedy neeistuje! Mihael Šebek ARI-Pr-0-06 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 ml y + mgl y = u ϕ = ϕ stavový = 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 v horní oloze ϕ = πϕ, = 0, M = 0 ϕ = 0 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 ml y mgl y = u model stavový 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 model stavový Kyvadlo - aroimae ve vodorovné oloze ml ϕ+ mgl sinϕ = M + + π π + = + ml ϕ = M = ml (0 ϕ) mgl sin ϕos mgl M π =, = 0, M = mgl ϕ = π, ϕ = 0, M = mgl ϕ = 0 ml y u g =, = sin + u l ml 0+ = 0+ g π π 0 + = sin + os + mgl + u l ml ( ) ϕ ϕ = = u ml = π ro konstantní volný ád Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 7 u ϕ

Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Kyvadlo - aroimae v obené oloze = ϕ = y, = ϕ = yu, = M f(,, u) =, u g g = f = = f(,, u) sin + u = sin + u l ml l ml y = y = h, u h = (,, u) = f f f 0 0 u f g f A= = =, B= = = (, ) f f os, 0 (, ) f u u u l ml = u = u= u u= u h h h h h C= = = [ 0], = = D u = = (, u ) (, u) u u = g = os, + ut () l ml yt () = u = u = u Mihael Šebek ARI-Pr-0-06 8 = 0

Kyvadlo - aroimae v obené oloze Automatiké řízení - Kybernetika a robotika = ϕ = y, = ϕ = yu, = M = g = sin + u l ml y = = g = os, + ut () l ml yt () = Nelineární Lineární dole nahoře vodorovně = y = ϕ = 0 = y = ϕ = 0 os 0 =,, = y = ϕ = π = y = ϕ = 0 osπ =,, = y = ϕ = π = y = ϕ = 0 osπ = 0,, Mihael Šebek ARI-Pr-0-06 9

Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Kyvadlo - aroimae IO v obené oloze + = ml y mgl sin y u D( yt ( ), yt ( ), yt ( )) = N( ut ( )) D D D N y y y u = mgl os y, = 0, = ml, = ml y + mgl os y y = u dole nahoře vodorovně = y = ϕ = 0 = y = ϕ = 0 os 0 =,, = y = ϕ = π = y = ϕ = 0 osπ =,, = y = ϕ = π = y = ϕ = 0 osπ = 0,, Mihael Šebek ARI-Pr-0-06 0

Geometriká interretae Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Linearizae ve fázovém ortrétu = ϕ = = sin = 0, = 0 = = kružnie = ϕ hyerboly araboly = π, = 0 Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 = = 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 matematikém smyslu): hystereze (závislost na dráze) f( ) f( ) elektriká: feroelektriký materiál elastiká: gumička termostat, Shmidtův sínač Mihael Šebek ARI-Pr-0-05

Někdy lineární aroimae eistuje, ale neomůže Automatiké řízení - Kybernetika a robotika 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 3

Automatiké řízení - Kybernetika a robotika Aroimae ro 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 4

okračování 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 určíme z grafu jako směrnii fm, i Lineární aroimae je 4 N m f i m i i i odhadneme z grafu 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 jsou v jednotkáh SI [m], ia [ ] Mihael Šebek ARI-Pr-0-05 5

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 6

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 7

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 8