Převod přenosů ze spojité Laplaceovy transformace do transformace Z

Podobné dokumenty
1 Mnohočleny a algebraické rovnice

Nyní využijeme slovník Laplaceovy transformace pro derivaci a přímé hodnoty a dostaneme běžnou algebraickou rovnici. ! 2 "

1 Polynomiální interpolace

[1] Definice 1: Polynom je komplexní funkce p : C C, pro kterou. pro všechna x C. Čísla a 0, a 1,..., a n nazýváme koeficienty polynomu.

Inverzní Laplaceova transformace

1 Mnohočleny a algebraické rovnice

Kapitola 7: Neurčitý integrál. 1/14

kuncova/, 2x + 3 (x 2)(x + 5) = A x 2 + B Přenásobením této rovnice (x 2)(x + 5) dostaneme rovnost

Kapitola 7: Integrál. 1/17

SPECIÁLNÍCH PRIMITIVNÍCH FUNKCÍ INTEGRACE RACIONÁLNÍCH FUNKCÍ

Příklad. Řešte v : takže rovnice v zadání má v tomto případě jedno řešení. Pro má rovnice tvar

Polynomy. Mgr. Veronika Švandová a Mgr. Zdeněk Kříž, Ph. D. 1.1 Teorie Zavedení polynomů Operace s polynomy...

Matematika IV 9. týden Vytvořující funkce

Jan Kotůlek. verze 3 ze dne 25. února 2011

Teorie měření a regulace

Praha & EU: investujeme do vaší budoucnosti. Daniel Turzík, Miroslava Dubcová,

Lineární algebra : Polynomy

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet VY_32_INOVACE_M0308. Matematika

Metody výpočtu limit funkcí a posloupností

Kapitola 7: Integrál.

Obsah. Aplikovaná matematika I. Gottfried Wilhelm Leibniz. Základní vlastnosti a vzorce

Algebraické výrazy - řešené úlohy

VYBRANÉ PARTIE Z NUMERICKÉ MATEMATIKY

1. Několik základních pojmů ze středoškolské matematiky. Na začátku si připomeneme následující pojmy:

MAT 1 Mnohočleny a racionální lomená funkce

Kompenzace poruchy pomocí modelu v diskrétním regulačním obvodu*

Derivace funkcí více proměnných

Diferenciální rovnice 3

dx se nazývá diferenciál funkce f ( x )

Maticí typu (m, n), kde m, n jsou přirozená čísla, se rozumí soubor mn veličin a jk zapsaných do m řádků a n sloupců tvaru:

Základy teorie matic

Diferenciální rovnice 1

Lineární algebra : Polynomy

Matematická analýza ve Vesmíru. Jiří Bouchala

O rovnicích s parametry

z = a bi. z + v = (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i. z v = (a + bi) (c + di) = (a c) + (b d)i. z v = (a + bi) (c + di) = (ac bd) + (bc + ad)i.

Řešení 1a Budeme provádět úpravu rozšířením směřující k odstranění odmocniny v čitateli. =lim = 0

CITLIVOSTNÍ ANALÝZA DYNAMICKÝCH SYSTÉMŮ I

Diskretizace. 29. dubna 2015

M - Kvadratické rovnice

Faktoriály a kombinační čísla

4C. Polynomy a racionální lomené funkce. Patří mezi tzv. algebraické funkce, ke kterým patří také funkce s odmocninami. Polynomy

Definice 13.1 Kvadratická forma v n proměnných s koeficienty z tělesa T je výraz tvaru. Kvadratická forma v n proměnných je tak polynom n proměnných s

2.6. VLASTNÍ ČÍSLA A VEKTORY MATIC

2. Schurova věta. Petr Tichý. 3. října 2012

Nastavení parametrů PID a PSD regulátorů

Nalezněte obecné řešení diferenciální rovnice (pomocí separace proměnných) a řešení Cauchyho úlohy: =, 0 = 1 = 1. ln = +,

Věta 12.3 : Věta 12.4 (princip superpozice) : [MA1-18:P12.7] rovnice typu y (n) + p n 1 (x)y (n 1) p 1 (x)y + p 0 (x)y = q(x) (6)

Vlastnosti členů regulačních obvodů Osnova kurzu

1 Modelování systémů 2. řádu

VI. Derivace složené funkce.

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

MO-ME-N-T MOderní MEtody s Novými Technologiemi

Digitální učební materiál

y = 1 x (y2 y), dy dx = 1 x (y2 y) dy y 2 = dx dy y 2 y y(y 4) = A y + B 5 = A(y 1) + By, tj. A = 1, B = 1. dy y 1

Příklad 1. Řešení 1a Máme vyšetřit lichost či sudost funkce ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 3

X31EO2 - Elektrické obvody 2. Kmitočtové charakteristiky

Automatizace je proces při němž je řídicí funkce člověka nahrazována činností

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie A

M - Příprava na pololetní písemku č. 1

Zpracoval: 7. Matematická indukce a rekurse. Řešení rekurentních (diferenčních) rovnic s konstantními koeficienty.

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

Numerické řešení nelineárních rovnic

Příklad 1 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 12. a) 3 +1)d. Vypočítejte určité integrály: b) 5sin 4 ) d. c) d. g) 3 d. h) tg d. k) 4 arctg 2 ) d.

INTEGRÁLY S PARAMETREM

Co víme o přirozených číslech

15. KubickÈ rovnice a rovnice vyööìho stupnï

Nejdřív spočítáme jeden příklad na variaci konstant pro lineární diferenciální rovnici 2. řádu s kostantními koeficienty. y + y = 4 sin t.

1 Integrální počet. 1.1 Neurčitý integrál. 1.2 Metody výpočtů neurčitých integrálů

Soustavy lineárních diferenciálních rovnic I. řádu s konstantními koeficienty

KOMPLEXNÍ ČÍSLA INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Čebyševovy aproximace

KOMPLEXNÍ ČÍSLA INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

M - Příprava na 3. čtvrtletní písemnou práci

Komplexní čísla a funkce

Pomocný text. Polynomy

SPECIÁLNÍCH PRIMITIVNÍCH FUNKCÍ

64. ročník matematické olympiády Řešení úloh krajského kola kategorie A

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.

(Cramerovo pravidlo, determinanty, inverzní matice)

Č ů ť ú ů ť ť ú ů ů ť ť ň ů Ť ť ů ó Č ú ť ů ů ů ú ó ó ť ů ů ú ú ú Á ú ť ť ó ň ů ů ň ť Ů Ů ť ň ů ů

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie A

7. Derivace složené funkce. Budeme uvažovat složenou funkci F = f(g), kde některá z jejich součástí

F (x) = f(x). Je-li funkce f spojitá na intervalu I, pak existuje k funkci f primitivní funkce na intervalu I.

Symetrické funkce. In: Alois Kufner (author): Symetrické funkce. (Czech). Praha: Mladá fronta, pp

Wolfram Alpha. v podobě html stránky, samotný výsledek je často doplněn o další informace (např. graf, jiné možné zobrazení výsledku a

55. ročník matematické olympiády

4.3.8 Vzorce pro součet goniometrických funkcí. π π. π π π π. π π. π π. Předpoklady: 4306

Matematika 1 MA1. 2 Determinant. 3 Adjungovaná matice. 4 Cramerovo pravidlo. 11. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 29

ň č ů ý ů ů ů ý ť č č ý č č ý ý ý č ú ý ů ť č č Ú ů Ý ů ů ú ý ů ů úč Ú č ů ů úč ý ů ů č ů úč Í ů Í Í ý č úč ů č ň ú ú ů ú č ů č ň ú ú ů ú ú ý ů ň ý ú

1 Nulové body holomorfní funkce

Podobnostní transformace

Primitivní funkce a Riemann uv integrál Lineární algebra Taylor uv polynom Extrémy funkcí více prom ˇenných Matematika III Matematika III Program

M - Příprava na 1. zápočtový test - třída 3SA

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet VY_32_INOVACE_M0307. Matematika

M - Kvadratické rovnice a kvadratické nerovnice

Kvadratické rovnice. Řešení kvadratických rovnic. Kvadratická rovnice bez lineárního členu. Příklad 1:

Věta o dělení polynomů se zbytkem

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela syntéza elektronických obvodů

Transkript:

KYBERNETIKA CtSLO 4 ROCNtK 1/1965 Převod přenosů ze spojité Laplaceovy transformace do transformace Z ANTONÍN TUZAR V článkuje popsána metoda výpočtu diskrétního přenosu obvodu odpovídajícího danému přenosu v Laplaceově transformaci. Metoda vychází ze souvislosti mezi impulsní odezvou obvodu a rozvojem diskrétního přenosu v řadu v záporných mocninách z a je vhodná k programování pro samočinný počítač. Při navrhování korekčních členů pro číslicovou regulaci je zapotřebí znát přenosy regulovaných soustav v transformaci Z (viz např. [1] [2]). V tomto článkuje ukázána jedna z možných metod výpočtu těchto přenosů jestliže jsou známy přenosy v Laplaceově transformaci. Uvedený postup byl zpracován jako program pro samočinný počítač URAL 1 a lze jej patrně použít i pro jiné počítače. Vzhledem k tomu že program byl sestaven s pohyblivou řádovou čárkou a počítač URAL 1 pracuje s pevnou čárkou obsahoval program zhruba 1500 instrukcí. U počítače vybaveného instrukcemi s pohyblivou čárkou by rozsah daného programu klesl více než o polovinu. Okolnost že program zaujímal mnoho místa v operační paměti vedla také k omezení na jednoduché komplexní póly přenosu. Pro popisovanou metodu je charakteristické využití skutečnosti že vzorky impulsní odezvy obvodu jsou rovny koeficientům rozvoje diskrétního přenosu v záporných mocninách z (srov. [3]). Dále se Široce'používá program pro dělení polynomů a výpočet zbytku při dělení. Ostatní odchylky od běžného postupu jsou patrné z následujícího podrobného popisu metody. FORMULACE ÚLOHY Je dán přenos spojité soustavy W(p) ve tvaru: (1) F(p) = Í--J ň(p-^iň(p 2 + hp+h) j=í k=í

kde r ; a 3 X k & k jsou reálná Vj m P Q přirozená čísla; čísla a- pro různá j a dvojice 325 {h> k) P ro různá k jsou různé a pro k = í...q platí Aj> - 43 < 0. Předpokládáme tedy že kořeny jmenovatele jsou již vypočteny (program na výpočet kořenů je v knihovně standardních programů většiny samočinných počítačů) a že imaginární kořeny pokud se vyskytnou jsou jednoduché. Dále je dána perioda vzorkování T > 0. Je třeba určit přenos v transformaci Z tvaru (2) T*(z) = M* tak aby vzorek odezvy na jednotkový impuls u spojité soustavy byl totožný s originálem k obrazu (2). MATEMATICKÉ ZPRACOVÁNÍ 1 = 0 Výpočet bude sestávat z těchto etap: a) určení vzorku spojité odezvy b) výpočet jmenovatele diskrétního přenosu c) výpočet čitatele diskrétního přenosu. Následuje odvození a popis jednotlivých etap. a) Výpočet vzorku odezvy Upravíme nejprve vzorec (1). Zavedeme jiný zápis kořenových činitelů vztahem (3) P 2 + ).jp + $ J = (p-f j ) 2 + 9 2 neboli (4) Jj 2 ' // ť\ Přenos (1) rozložíme na parciální zlomky (5) W-íl^í^S j-i i = i {p - ajy i-i (p - fj)* + 0]

326 Jednotlivým sčítancům odpovídají tyto originály: (6) «.-i ( K u \ _ K a i-i t jt ď \(P-«J)>) (i-í)l ' ' -i / Mp + iv. \ T w Mjf + Nj. & 7 _ 2 ) = \ M J cos a i l s + - ^ m M 1 flt \(p - Sir + gy L si J Ukážeme nyní jak probíhá výpočet koeficientů K i} Mj Nj. Poznamenejme nejprve o reálných kořerféch toto: Je-li «j kořen násobnosti v s potom značí-li R R T T polynomy V racionální funkcí platí: F ( v \ _ R (P) _ v g_ + W (p-«^t(p) *=i(i>-«j)* W F(P)(P - «;) VJ = *_ + ~--.j(l> -«j) +... + K ítj (p - a)^" 1 + V(p). Odtud je zřejmé že pro r - 01... v- - 1: _!ffi A VJ-'.J _ "~ T~ř (i) Výpočet K ij pro jednoduchý reálný kořen «j. V tomto případě neboli K lj = F(p)(p-«j)\ p^j (7) -Cij - *=o П(«J -«0 V "ń(«2 + V; + Л) fc=l Ä=l kфj (ii) Výpočet K (J pro reálný kořen <Xj násobnosti Vj. (Zde je zahrnut i případ (i) kdy vj = 1.) Označme (8) Fj(p) = F(p)(p-«jr a zaveďme novou proměnnou (9) q = p - «j. Podle Taylorovy věty nyní dostaneme Fj( q + «j) = Fj(«j) +?M. q +?Mť +...

Jestliže ve výrazu pro F } (q + a) dělíme čitatele jmenovatelem obdržíme mocninnou 327 řadu v a: Fj(q + aj) = G 0 + Ga + G 2 q 2 +... ; protože rozklad funkce v mocninnou řadu je jednoznačný (v oblasti kde řada konverguje!) dostáváme srovnáním koeficientů rovnosti G k = K V] _ ktj. Odtud pravidlo pro výpočet K rj : Do výrazu Fj(p) zavedeme q podle (9); máme (10) kde (И) _>*<?* FÂP) = O (q + ^ - a k r.y\\_(q + aj - f k ) 2 *-l k=í k*j X ^ - E ^ + ÍJ) 1. + gll Výpočet s k probíhá takto: Výraz na pravé straně v (11) označíme q>(q + a-) a derivujeme jej; pro q = 0 je <K a j) = Z w) = «o > k=0 tp'(aj) =Ífcr t «*- 1 k=í = l!«i <P"(*j) = I Kk - 1) r^í 2-2! s 2 <p<"( aj ) = A! s h. Výrazy na levé straně nejsnáze vypočteme podle Hornerova schématu: */ >" m rm-l 'm-2? Ą + r^! (v J + r я.)a J.+ ]! (12) W'(*j) ІФП*.)

Výsledky Hornerova schématu jsou tedy přímo koeficienty s h. Pro výpočet K t j dělíme polynom s koeficienty s h polynomem vzniklým vynásobením ve jmenovateli výrazu (10). (iii) Jednoduché komplexně sdružené kořeny. Označme čitatele a jmenovatele F(p) jako B(p) a A(p): (13) *(P)-% A(p) Kvadratický trojčlen odpovídající kořenům a^ ~a. k označme (p). Máme (A k B k jsou polynomy M k N k reálné konstanty) (14) L = JL = h + M *P + N «A A k A k Zaveďme ještě polynomy B k a A k a konstanty s k P k y k 5 k definované vztahy (15) L-b+Hi+Ji; { } A j y k p + $ k Existence M K N k s k fl k y k d k plyne z toho že při dělení polynomu kvadratickým troj- Členem je zbytek při dělení polynom nejvýš prvého stupně. Vynásobením druhé rovnosti v (14) součinem A k dostáváme B~(M k p + N k )A k = B k a po dosazení za B a A k podle (15) do levé strany: B k + e kp + p k - (M k p + N k ) (l k + y k p + 5 k ) = B k. Proto výraz s k p + P k - (M k p + N k ) (y k p + d k ) je nutně dělitelný = p 2 + X k p + S k. Máme Musí tedy platit - - y k M kp 2 e kp + h - (M k p + N k ) (y k p + 5 k ) = - (N k y k + M k 5 k -e k )p- (N k 5 k - 0 k ). (16) N k y k + M k 5 k - e k = y k M k X k NA -p k - y k MA a odtud (17) M k = ksk ~ fa* K - nhh + ylk N = gfc8t ~ 7 ^ k + y^ksk k ^l-y^a + yl^i

přičemž s k fí k jsou koeficienty zbytku při dělení Bj ; stejně y k a 6 k vzniknou děle- 329 ním AJ. Zbytky při dělení vypočteme nejsnáze metodou dělení polynomů uvedenou v [4]; polynom A k je třeba vždy počítat zvlášť. Vzorek odezvy snadno již spočteme sečtením výrazů podle (6). Příprava zavedení Výpočet čitatele pro určení K tj Výpočet jmenovatele pro určení K tj Výpočet /i Výpočet A k určení M t} N tl Určení y S M Určení zbytku dělení trinomem VD WD [~ Určení ' e p H Určení zbytku dělení trinomem VD WD Určení M tj N t Výpočet odezvy Výpočet I jmenovatele z - přenosu Výpočet čitatele z - přenosu b) Výpočet jmenovatele diskrétního přenosu Je známo že jednotlivým činitelům spojitého přenosu odpovídají sčítanci diskrétního přenosu podle následujících pravidel (R(z) značí polynom v z který nepotřebu-

к CpD n = 1 Q -2/ - Д íì + в; - з I 1 1. IV * 1 o- - A -гa. A 0 Aí6 CÜD ÇrD.rrtn Obг. 2. jeme znát) 1 p-a f 1 R(z) (P - l>) 2 + «2 z2 _ ( e (Ь + űt + e(ь-.)г) z + e2 Postupným vynásobením jmenovatelů dostáváme tedy výsledek a JV_ jtz k. 4 = 0 R(z) z 2-2e 6r cosflt.z +e 2fcT

c) Výpočet čitatele diskrétního přenosu Hledáme čitatele tvaru 2>м.- ( *=o Úprava výstupu WD z programu do II M - 2-/Í VD _Ł 0 c 0...c I L±=r- I H Qgp -г _ ( - ". _ в WD (ľ 0 -{ Л-X 3 å Лj - ;.c 0-9Ci - í ï л-01... 16 [ r. -* A. I x-<5 Úprava r výstupu WD z programu do III m n 1 VD Obr. 3. III 1 í-e 1 x-/î *-ßv ó 2 - yлô + y 2 S u Sß - yяŕ + y 9'e å 2 - yàå + y 2 3 "' i -. I t/ t>e? л Ч-І^ 0 IV Označíme-li body odezvy x můžeme napsat X n M» M«".-Ѓ l a fc_- M 4=0 *=0

332 neboli M* oo M* (18) V>z-* = (X> z-»).(y> t z--'). fc = 0 4 = 0 4=0 Porovnáním koeficientů pak dostaneme: (19) ^-Í*A-* («= 01...M*). 4 = 0 Tím jsou vypočteny všechny požadované koeficienty. Výpočet lze programovat přesně v témž sledu jak byl popsán. Pro ilustraci je ještě uvedeno hrubé blokové schéma programu (obr. 1) a podrobné blokové schéma výpočtu koeficientů parciálních zlomků odpovídajících jednoduchým komplexním pólům (obr. 2 a 3). LITERATURA (Došlo dne 13. listopadu 1964.) [1] Cypkin Ja. Z.: Teorija linejnych impulsnych sistem. Moskva 1961. [2] Strejc V.: Regulace a řízení samočinnými číslicovými počítači část I Základní teoretické vztahy. Výzk. zpráva ÚTIA ČSAV č. 76. Praha 1960. [3] Weiss J.: Výpočet obrazu v transformaci Z z průběhu originálu. Automatizace (1963) č. 3 58 60. 14] Tuzar A.: Metoda pro numerický výpočet podílu polynomů a mocninných řad. Výzk. zpráva ÚTIA ČSAV č. 83. Praha 1961. S UMMARY Transformation of the Laplace Transfer Function into the Discrete Transfer Function ANTONIN TUZAR A method of computation of discrete transfer function (2) is described provided if the Laplace transfer function (1) of the system is known. The treatment is based on the relation between the system impulse response and the expansion of the transfer function into the power series at z~ l as shown in [3]. The values of the response at sampling instants are computed according to relations (6). The transfer function (1) is further expanded into partial fractions (5). The subprogram for dividing polynomials and for computing the rest of the division is employed for this operation. The denominator of the discrete transfer function is then equal to the product of the denominators of the fractions (18) the coefficients of the numerator can be obtained by means of (19) in the form (20). According to this method a program for the computer Ural 1 has been developed. Its block-schema is in Fig. 1. Antonin Tuzar prom mat. Ostav teorie informace a automatizace CSAV Vysehradskd 49 Praha 2 - Nove M&sto.