REGLERTEKNIK KTH. REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120 Tentamen , kl

Relevanta dokument
REGLERTEKNIK, KTH. REGLERTEKNIK AK EL1000, EL1110 och EL1120

REGLERTEKNIK KTH. REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120 Tentamen , kl

REGLERTEKNIK KTH. REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120 Tentamen , kl

REGLERTEKNIK KTH REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL En tillståndsmodell ges t.ex. av den styrbara kanoniska formen: s 2 +4s +1.

TENTAMEN I REGLERTEKNIK

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

TENTAMEN I TSRT19 REGLERTEKNIK

Reglerteknik AK, FRT010

TENTAMEN I REGLERTEKNIK TSRT03, TSRT19

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y TSRT12 för Y3 och D3. Lycka till!

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Reglerteknik AK. Tentamen 27 oktober 2015 kl 8-13

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

Reglerteknik AK, FRTF05

Reglerteknik AK. Tentamen kl

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Reglerteknik AK, FRTF05

Lösningar till Tentamen i Reglerteknik AK EL1000/EL1100/EL

Figur 2: Bodediagrammets amplitudkurva i uppgift 1d

Reglerteknik AK Tentamen

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

Reglerteknik AK. Tentamen 9 maj 2015 kl 08 13

REGLERTEKNIK KTH. REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120 Kortfattade lösningsförslag till tentamen , kl

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

ERE103 Reglerteknik D Tentamen

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

TENTAMEN I REGLERTEKNIK

Reglerteknik AK. Tentamen 16 mars 2016 kl 8 13

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

TENTAMEN I REGLERTEKNIK I

TENTAMEN REGLERTEKNIK TSRT15

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

Lösningar Reglerteknik AK Tentamen

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

TENTAMEN Reglerteknik 3p, X3

TENTAMEN I TSRT22 REGLERTEKNIK

A

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Reglerteknik Z / Bt/I/Kf/F

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik Y/D (TSRT12)

Lösningar Reglerteknik AK Tentamen

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik (TSRT19)

övningstentamen I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN Reglerteknik 4.5hp X3

ERE 102 Reglerteknik D Tentamen

TENTAMEN Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN Reglerteknik 4.5hp X3

Frekvenssvaret är utsignalen då insginalen är en sinusvåg med frekvens ω och amplitud A,

REGLERTEKNIK KTH REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120

Föreläsning 9. Reglerteknik AK. c Bo Wahlberg. 30 september Avdelningen för reglerteknik Skolan för elektro- och systemteknik

ÖVNINGSTENTAMEN Reglerteknik I 5hp

Figure 1: Blockdiagram. V (s) + G C (s)y ref (s) 1 + G O (s)

Föreläsning 1 Reglerteknik AK

Föreläsning 7. Reglerteknik AK. c Bo Wahlberg. 26 september Avdelningen för Reglerteknik Skolan för elektro- och systemteknik

Reglerteknik AK, Period 2, 2013 Föreläsning 6. Jonas Mårtensson, kursansvarig

INLÄMNINGSUPPGIFT I. REGLERTEKNIK I för STS3 & X4

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del A Tid: Torsdag 17 mars 2016, kl

ÖVNINGSTENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

Reglerteknik AK, Period 2, 2013 Föreläsning 12. Jonas Mårtensson, kursansvarig

Tentamen i Systemteknik/Processreglering

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

Transkript:

REGLERTEKNIK KTH REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120 Tentamen 2009 12 15, kl. 14.00 19.00 Hjälpmedel: Kursboken i Reglerteknik AK (Glad, Ljung: Reglerteknik eller motsvarande) räknetabeller, formelsamlingar och räknedosa. Observeraattövningsmaterial (övningsuppgifter, ex-tentor och lösningar) INTE är tillåtna hjälpmedel. Observandum: Behandla inte mer än en uppgift per blad. Varje steg i lösningen skall motiveras. Bristfällig motivering kan ge poängavdrag. Skriv svar (med enhet i förekommande fall). Skriv namn och personnummer på varje inlämnat ark. Skriv endast på ensidaperark. Fylliantaletinlämnade ark på omslaget. Tentamen består av fem uppgifter, som vardera bedöms med 10 poäng. Poängsättningen för deluppgifter har markerats. Betygsgränser: betyg Fx: 21 betyg E: 23 betyg D: 28 betyg C: 33 betyg B: 38 betyg A: 43 Ansvarig: Henrik Sandberg, 070-366 5012 Resultat: Finns på Studerande-expeditionen (STEX) 2010-01-11 Utlämning: Tentamen kan hämtas ut vid Studerande-expeditionen, plan 3, Osquldas väg 10. Lycka till! 1

1. (a) Ett system beskrivs av differentialekvationen där u(t) är insignal och y(t) utsignal. Bestäm: ÿ(t)+4ẏ(t)+y(t) =u(t), (1) (i) Överföringsfunktionen från insignal till utsignal. (ii) En godtycklig tillståndsmodell av (1). (1p) (b) Systemet (1) ska regleras med en P-regulator, u(t) =K P (r(t) y(t)), där r(t) är en referenssignal. För vilka K P är det slutna systemet stabilt? (c) När systemet utsätts för en periodisk störning v(t) = sin t kan det modelleras som ÿ(t)+4ẏ(t)+y(t) =u(t)+v(t). Hur beror amplituden av utsignalen y(t) när transienten klingat av på K P,då återkopplingen u(t) = K P y(t) används? (3p) (d) Beräkna överföringsfunktionen från U(s) till Y (s) för systemet i Figur 1. F 1 (s) U(s) G 1 (s) + G 2 (s) Y (s) F 2 (s) Figur 1: Blockdiagram för Uppgift 1 (d). 2

2. (a) I denna deluppgift ska vi studera de sex överföringsfunktionerna G A (s) = s +1 s 2 + s +1, G B(s) = 1 s s 2 + s +1, G C(s) = G D (s) = 1 5s, G E(s) = 1 s 2 +2s +1, G F (s) = s +1 s 2 +0.3s +1 9 s 2 +6s +9 Nedan i Figur 2 följer sex stegsvar för överföringsfunktionerna ovan. Para ihop rätt stegsvar och överföringsfunktion. Skalorna på både x-axlarna (tid) och y- axlarna (utsignal) är lika för alla figurerna. Motivera noga! (Ej fullständig motivering räknas som felaktigt svar.) (6p) 1 2 3 (b) Skriv den olinjära modellen 4 5 6 Figur2:Stegsvar1 6. ẍ(t)+3ẋ(t)+2sinx(t) =u(t) på tillståndsform och linjärisera den kring en stationär punkt som ges av insignalen u 0 (t) =0.Välj tillstånden som x 1 (t) =x(t) ochx 2 (t) =ẋ(t) och utsignalen som y(t) =x(t). (4p) 3

3. Nyquistdiagrammet för ett (stabilt) system med överföringsfunktion G(s) är återgivet i Figur 3 (se nästa sida), och data för punkterna A F är givna i Tabell 1. Konstruera en kompenseringslänk F (s) för systemet G(s), som uppfyller: (a) Kompenseringslänken ska ge en fasmarginal ϕ m = 50 grader vid den önskade skärfrekvensen ω c =2rad/sför F (s)g(s). (5p) (b) Kompenseringslänken ska också minska det slutna systemets statiska reglerfel till 1% av det okompenserade slutna systemets statiska reglerfel, då referensignalen är ett enhetssteg. Samtidigt får inte fasmarginalen sänkas med mer än 6 grader jämfört med (a). (5p) Tabell 1: Data för punkterna A F i Figur 3 Punkt Re G(iω) Im G(iω) ω A 0 0 B 0.277 0 2.18. C 0.328 0.041 2 D 0.439 0.898 0.921 E 0 1.625 0.554 F 4 0 0 4

Nyquist Diagram 2.5 2 1.5 1 Imaginary Axis 0.5 0 0.5 B C A F 1 D 1.5 E 2 2.5 1 0 1 2 3 4 Real Axis Figur 3: Nyquistdiagram för G(s) i Uppgift 3. 5

z ϕ Figur 4: En kran med en vajer som hänger från en rörlig vagn. 4. Betrakta kranen i Figur 4. En vagn rör sig längs en balk och från vagnen hänger en vajer med en last i änden. Vi kan låta systemets tillstånd vara x 1 = ϕ, x 2 = ϕ. Vagnens position längs balken är z och som styrsignal använder vi vagnens acceleration, u = z. Systemet kan skrivas på tillståndsform: [ ẋ1 ẋ 2 ] [ ] 0 1 = 4 1 }{{} A y = [ 1 0 ] x. }{{} C [ x1 x 2 ] [ ] 0 + u 1 }{{} B (a) Beräkna en tillståndsåterkoppling u = Lx + r så att det slutna systemet får en dubbelpol i -5. (3p) (b) För att testa det slutna systemet gör man ofta ett stegsvarsexperiment. Men vilka praktiska problem skulle det innebära i fallet med kranen? (1p) (c) Tyvärr kan vi inte mäta alla tillstånd, utan bara utsignalen y, så vi använder en observerare: ˆx = Aˆx + Bu + [ 9 12 ] (y C ˆx). Som Figur 5 (nästa sida) visar, bildar observerare och tillståndsåterkoppling tillsammans ett system med en insignal och en utsignal. Beräkna överföringsfunktionen F (s) för detta system. Anta att vi använder återkopplingen u = Lˆx + r, med L =(5 5)ochr = 0. (Till skillnad från del (a) ger det en dubbelpol i 3 för slutna systemet.) (4p) (d) Om lasten svänger så bromsas den svagt av luftmotstånd och friktion i vajern, vilket ingår i modellen. Hur skulle man ändra matrisen A för att få det (orealistiska) fallet utan friktion och luftmotstånd? 6

u ẋ = Ax + Bu y = Cx y L ˆx ˆx = Aˆx + Bu + K(y C ˆx) F (s) Figur 5: Tillståndsåterkopplingen och observeraren utgör ett eget system F (s). 7

5. Det stabila systemet Y (s) = G(s)U(s) ska regleras genom återkoppling från reglerfelet E(s) enligt Figur 6. Bodediagrammet för överföringsfunktionen G(s) visas i Figur 7 (nästa sida). + - Σ E F U G Y Figur 6: Blockdiagram för Uppgift 5 (a) Antag att en P-regulator, F (s) = K, används. Hur stor kan regulatorns förstärkning K vara om det slutna systemet ska vara stabilt? (b) Hur stor är den maximala skärfrekvensen man kan få med en P-regulator om fasmarginalen ska vara minst 45 grader? Vad motsvarar detta för ungefärlig bandbredd för det slutna systemet? (3p) (c) För att eliminera stationära fel används istället en I-regulator, F (s) = K,K >0. s För vilka K blir det slutna systemet stabilt? (5p) 8

10 0 G(iω) 10-1 10-2 45 10-2 10-1 ω [rad/s] 10 0 10 1 0 arg G(iω) [ ] 90 135 180 225 270 10-2 10-1 10 0 10 1 ω [rad/s] Figur 7: Bodediagram för Uppgift 5. 9