TSRT21 Dynamiska system och reglering Välkomna till Föreläsning 1!

Transkript

1 TSRT21 Dynamiska system och reglering Välkomna till Föreläsning 1! Johan Löfberg Avdelningen för Reglerteknik Institutionen för systemteknik Kontor: B-huset, mellan ingång 23 och 25

2 Kursupplägg 10 föreläsningar Föreläsningsbilder läggs upp inför varje föreläsning. 10 lektioner Tre lektioner i ISY:s datorsalar 2

3 3 Kursupplägg Kurslitteratur Reglerteknik, Torkel Glad & Lennart Ljung Kurskompendium (delas ut!) Exempelsamling och labbar kan laddas ner från hemsidan Tentamen kursboken, kompendiet, tabeller och formelsamling tillåtna hjälpmedel Normala anteckningar i boken och kompendiet tillåtna.

4 4 laborationer Laboration 1: Identifiering av DC-motorparametrar Laboration 2: Vinkelskattning med gyro och accelerometer Laboration 3: PID-reglering av DC-motor Laboration 4: Balansering med tillståndsåterkoppling 4 Länkar till lab-pm finns i kursinformationen Labanmälan sker på på webben (länk kommer) Mycket förberedelse! Utskrivet lab-pm måste tas med till laborationerna!

5 Dagens föreläsning Vad är dynamiska system? Vad är reglering? Varför behövs reglering?

6 Var finns reglerteknik: Industrirobot 6

7 Var finns reglerteknik: Industrirobot Styr läget hos robotarmen med hjälp av motorer

8 Var finns reglerteknik: Självkörande bil 8

9 Var finns reglerteknik: Insulinpump 9 Styr blodsockernivån med hjälp av mängd tillfört insulin

10 10 Varför behövs reglering? Ekologisk hållbarhet: Att använda energi och andra resurser på ett effektivt sätt samt minimera påverkan på miljön. Med hjälp av reglerteknik kan man hålla viktiga variabler närmare önskade värden: Släppa ut mindre föroreningar Använda mindre råvaror Minska energiförbrukningen

11 Ekologisk hållbarhet: Exempel 11

12 Varför behövs reglering? Dvs varför automatisera? Ekologisk hållbarhet Säkerhet Ekonomi Kvalitet Omöjligt att styra manuellt: Jas 39 Gripen Krascherna 1989 och 1993 orsakades av designfel i reglersystemet Tråkigt att styra manuellt... 12

13 13 Dynamiska system och reglering System med minne dvs tillståndet just nu beror på vad som hänt tidigare Exempel: Temperaturen i ett rum Hastigheten och läget hos en bil Lönsamheten hos ett företag Tillståndet hos ett ekologiskt system Motsats: statiskt system (Vilka system i din vardag är dynamiska repektive statiska?)

14 14 Dynamiska system och reglering Hur får vi veta vad som sker då man påverkar/förändrar ett system? Experiment med systemet eller Skapa en matematisk modell utgående från kända fysikaliska samband och/eller uppmätta storheter Gör experiment med modellen (Simulera!) Analysera modellen

15 15 Dynamiska system och reglering Matematisk modell: differentialekvationer Dynamisk modell: Statisk modell: v(t) u(t) System y(t)

16 Dynamiska system och reglering 16 Välj styrsignalen (u(t)) så att systemet (utsignalen y(t)) uppför sig som önskat (referenssignalen r(t)) trots störningar (v(t)) Exempel Styrsignal/Insignal Mätsignal/Utsignal Industrirobot Motorström robotarmens läge Sveriges ekonomi reporäntan inflation Insulindosering mängd tillfört insulin blodsockernivån Farthållare gaspådrag bilens hastighet

17 Dynamiska system och reglering Välj styrsignalen (u(t)) så att systemet (utsignalen y(t)) uppför sig som önskat (referenssignalen r(t)) trots störningar (v(t)) Formulera ett önskemål om systemets egenskaper. Kontrollera om önskemålet är uppfyllt. Påverka systemet om önskemålet ej är uppfyllt. Exempel: Återkoppling! Vi vill ha 20 i rummet. Nu är det 10. Sätt på elementet. 17

18 Dynamiska system och reglering Välj styrsignalen (u(t)) så att systemet (utsignalen y(t)) uppför sig som önskat (referenssignalen r(t)) trots störningar (v(t)) Reglering: Föreläsning 4-10 v(t) 18 Dynamiska modeller: Föreläsning 1-3 r(t) Regulator u(t) System y(t) Återkoppling!

19 Speaker Roger Larsson, MSc Saab Aeronautics, Linköping Aeronautical Engineer since 1996

20 Introduction, Boeing 747

21 Definitions

22 Definitions

23 Effect of a disturbance

24 Introduction, JAS 39 Gripen

25 Definitions

26 Pitch stability,,

27 Control law

28 The actual systems Boeing747 JAS 39 Gripen

29 Dynamiska modeller

30 Insignal-utsignalsamband En tillståndsbeskrivning med n tillståndsvariabler dvs n första ordningens differentialekvationer: 30 kan överföras till en n:te ordningens linjär differentialekvation:

31 Inger Erlander Klein Avdelningen för Reglerteknik Institutionen för systemteknik Linköpings universitet Tel: Kontor: B-huset, mellan ingång 25 och 27