Dagens meny: Niclas Persson, Control and Communication. Gömda villkor i DAE:er. Hur hittar man gömda villkor? Pantelides algoritm

Relevanta dokument
Uppgifter i simuleringskursen

Uppgifter i simuleringskursen

Sammanfattning av föreläsning 10. Modellbygge & Simulering, TSRT62. Föreläsning 11. DAE-modeller. Modelltyper. Föreläsning 11 : DAEmodeller

Sammanfattning av föreläsning 11. Modellbygge & Simulering, TSRT62. Föreläsning 12. Simulering. Föreläsning 12. Numeriska metoder och Simulering

Omtentamen i DV & TDV

Uppgifter i simuleringskursen

Tentamen Metoder för ekonomisk analys

Robust flervariabel reglering

Omtentamen i DV & TDV

Modelica. Traditionella simuleringsverktyg. Ny generell fysikalisk modellering. Generella program. Specialiserade program

TNK049 Optimeringslära

Dina anteckningar: Semifysikalisk modellering i kursen Modellering

Reglerteori. Föreläsning 11. Torkel Glad

. Bestäm Rez och Imz. i. 1. a) Låt z = 1+i ( b) Bestäm inversen av matrisen A = (3p) x + 3y + 4z = 5, 3x + 2y + 7z = 3, 2x y + z = 4.

Mekanik SG1108 Mekanikprojekt Dubbelpendel

Mekanik Föreläsning 8

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM521 och 520)

1. Ekvationer 1.1. Ekvationer och lösningar. En linjär ekvation i n variabler x 1,..., x n är en ekvation på formen. 2x y + z = 3 x + 2y = 0

Formalia. Modellbygge & Simulering, TSRT62. Föreläsning 1. Varför modeller? Föreläsning 1: Modeller och modellbygge

Campus och distans Flervariabelanalys mag ATM-Matematik Mikael Forsberg och Yury Shestopalov (Mikael Forsberg)

Att använda el. Ellära och Elektronik Moment DC-nät Föreläsning 3. Effekt och Anpassning Superposition Nodanalys och Slinganalys.

Föreläsning 6 Datastrukturer (DAT037)

Tentamen i Teknisk-Vetenskapliga Beräkningar

En reformerad matematikutbildning vid Chalmers

Offentlig kryptering

Tentamen : Lösningar. 1. (a) Antingen har täljare och nämnare samma tecken, eller så är täljaren lika med noll. Detta ger två fall:

Flervariabelanalys E2, Vecka 3 Ht08

Lösningsskiss för tentamen Mekanik F del 2 (FFM521/520)

varandra. Vi börjar med att behandla en linjes ekvation med hjälp av figur 7 och dess bildtext.

SF1626 Flervariabelanalys

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

Exempelsamling Grundläggande systemmodeller. Klas Nordberg Computer Vision Laboratory Department of Electrical Engineering Linköping University

EXISTENS AV EN UNIK LÖSNING TILL FÖRSTAORDNINGENS BEGYNNELSEVÄRDESPROBLEM

Kap Implicit givna funktioner

Reglerteknik AK, FRT010

Matematik, Modellering och Simulering. Markus Dahl, Carl Jönsson Wolfram MathCore

Föreläsning 10. Grafer, Dijkstra och Prim

SF1626 Flervariabelanalys

Tillbakablick: Övning 1.2. Fordonsdynamik med reglering. Stillastående bil. Sidkrafter: Frågeställning 1. R r. R g

Beslutas att fastställa särskild behörighet för masterprogram enligt handling.

Exempelsamling Grundläggande systemmodeller. Klas Nordberg Computer Vision Laboratory Department of Electrical Engineering Linköping University

reella tal x i, x + y = 2 2x + z = 3. Här har vi tre okända x, y och z, och vi ger dessa okända den naturliga

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 12 januari 2016

= 0 vara en given ekvation där F ( x,

1 Särskild behörighet Masterprogram (Till Studiehandboken 2017) Dnr LiU

Översikt. Stegvis förfining. Stegvis förfining. Dekomposition. Algoritmer. Metod för att skapa ett program från ett analyserat problem

Spänningsfallet över ett motstånd med resistansen R är lika med R i(t)

Rangordning av internetsidor - ett egenvärdesproblem för positiva matriser

Lösningar till tentan i SF1861 Optimeringslära, 1 juni 2017

Uppgifter till kurs: Geometriska analys och designmetoder för olinjära system

TENTAMEN I LINJÄR ALGEBRA OCH NUMERISK ANALYS F1, TMA671

Föreläsning 10. Grafer, Dijkstra och Prim

Föreläsning 10. Grafer, Dijkstra och Prim

Repetion. Jonas Björnsson. 1. Lyft ut den/de intressanta kopp/kropparna från den verkliga världen

Efternamn förnamn pnr kodnr

Reglerteknik AK. Tentamen 9 maj 2015 kl 08 13

1 Koordinattransformationer

1 Ickelinjär optimering under bivillkor

LABORATION cos (3x 2 ) dx I =

MICROECONOMICS Mid Sweden University, Sundsvall (Lecture 2) Peter Lohmander &

Spänningsfallet över ett motstånd med resistansen R är lika med R i(t)

Lösningsförslag till Tentamen. TSFS06 Diagnos och övervakning 14 augusti, 2007, kl

SF1624 Algebra och geometri

LABORATION 2. Trapetsregeln, MATLAB-funktioner, ekvationer, numerisk derivering

Lösningar till SF1861/SF1851 Optimeringslära, 24/5 2013

n (log n) Division Analysera skolboksalgoritmen för division (trappdivision). Använd bitkostnad.

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

Mekanik I Newtonsk mekanik beskrivs rörelsen för en partikel under inverkan av en kraft av

Bildregistrering Geometrisk anpassning av bilder

Andra EP-laborationen

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

Hur simuleras Differential-Algebraiska Ekvationer?

Armin Halilovic: EXTRA ÖVNINGAR

Matematisk statistik 9 hp Föreläsning 3: Transformation och simulering

Datateknik Teknologie kandidatexamen, 180 sp

Föreläsning 7 Datastrukturer (DAT037)

Lösningsförslag till tentamen Torsdag augusti 16, 2018 DEL A

Föreläsningsanteckningar F6

c d Z = och W = b a d c för några reella tal a, b, c och d. Vi har att a + c (b + d) b + d a + c ac bd ( ad bc)

TSRT09 Reglerteori. Sammanfattning av Föreläsning 1. Sammanfattning av Föreläsning 1, forts. Sammanfattning av Föreläsning 1, forts.

3 differensekvationer med konstanta koefficienter.

Laboration 2. Laborationen löses i grupper om två och redovisas individuellt genom en lappskrivning den 3/10. x = 1±0.01, y = 2±0.05.

ÅBO AKADEMI REGLERTEKNIK I

6 Derivata och grafer

Tekniska Högskolan i Linköping Optimering av realistiska sammansatta system. Optimeringslära Kaj Holmberg.

1. Find the 4-tuples (a, b, c, d) that solves the system of linear equations

university-logo Mekanik Repetition CBGA02, FYGA03, FYGA07 Jens Fjelstad 1 / 11

Ordinära differentialekvationer (ODE) 1 1

2 Funktioner från R n till R m, linjära, inversa och implicita funktioner

Exempel ode45 parametrar Miniprojekt 1 Rapport. Problemlösning. Anastasia Kruchinina. Uppsala Universitet. Januari 2016

Lösningar Datastrukturer TDA

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik fk M (TSRT06)

Markov Chain Monte Carlo, contingency tables and Gröbner bases

Lösningar till 5B1762 Optimeringslära för T, 24/5-07

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

För studenter i Flervariabelanalys Flervariabelanalys MA012B ATM-Matematik Mikael Forsberg

x sin(x 2 )dx I 1 = x arctan xdx I 2 = x (x + 1)(x 2 2x + 1) dx

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik Appendix, del II

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Transkript:

Niclas Persson, Control and Communication Dagens meny: Gömda villkor i DAE:er Hur hittar man gömda villkor? Pantelides algoritm Tilldelning av initial värden Steward s path 1

Enkel pendel x l Pendel systemet i Cartesiska & Polära koordinater: { ẍ = Tx ÿ = Ty +g } = y ẋ = u ẏ = v u = Tx v = Ty +g x 2 +y 2 = 1 = { θ = ω ω = gsin(θ) } 2

Gömda villkor Uppenbart villkor x 2 + y 2 = 1 pendelns längd Gömda villkor, derivering av ekvationen ovan xu + yv = 0 villkor för hastigheterna x u + y v + u 2 + v 2 =0... Ṫ 3gv =0 Om man byter ut den sista ekvationen i original systemet mot den nya ekvationen fås ett system av ODE:er 3

Hur hittar man de gömda villkoren på ett systematiskt sätt Vilka ekvationer skall man derivera? Hur många gånger skall man derivera respektive funktion? Svar: Pantelides algoritm 4

Två definitioner Definition 1: En delmängd av ekvationer där antalet variabler x från en specifik mängd är mindre än antalet ekvationer i delmängden kallas structurally singular map x Definition 2: En structuraly singular delmängs map x kallas minimally structurally singular map x om ingen av dess propra delmängder är structurally singular map x 5

Händelse matris För pendeln kan man sätta upp en matris som ger vilka ekvationer som respektive variabler förekommer i. x y u v T ẋ ẏ u v e 1 x x e 2 x x e 3 x x x e 4 x x x e 5 x x {e 1...e 5 } structurally singular map {ẋ, ẏ, u, v} {e 5 } minimally structurally singular map {T,ẋ, ẏ, u, v} 6

Pantelides algoritm Pantelides algoritm hittar de minimally structurally singular delmängderna. Djup-första sökning Bipartite grafer Referens för den intresserade [1] 7

Djup-första sökning 9 6 1 10 Mål 8 00 11 7 4 5 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 2 3 Start 1) Välj en väg och sök så djupt det går 2a) Är noden en återvändsgränd, gå tillbaka och börja om på 1 2b) Är noden slutet, klar Om det finns en väg från start till mål kommer algoritmen att hitta den 8

Bipartite 1 Man kan även rita händelse matrisen som en bipartite graf. e1 ẋ e2 e3 e4 e5 ẏ u v T 9

Bipartite 2 e1 e2 e3 e4 e5 ẋ ẏ u v T e6 e 6 = e 5 10

Bipartite 3 e1 e2 u v e3 e4 e5 e6 e7 e8 T ẍ ÿ e9 11 e 1 e 2 e 6 e 7 = e 8 = e 9 =

Bipartite 4 Resultat för Pantelides algoritm e1 u e2 v e3 e4 e5 T ẍ ÿ e6 e7 e8 e9 12

När terminerar Pantelides algoritm Definition : Ett DAE system kallas structurally inconsistent om det kan bli structurally singular map alla förekommande variabler genom att addera differentieringar från en delmängd av dess ekvationer. Teorem : Pantelides terminerar omm det utökade systemet är stucturally nonsingular. Om det utökade systemet är structurally singular såär original DAE systemet structurally inconsistent 13

Exempel på ett system som inte terminerar e 1 (x, u 1,u 2 )=0 e 2 (x, ẋ, y 1 )=0 e 3 (x, y 2 )=0 Här är y 1 och y 2 kända utsignaler e1 ẋ e1 ẋ e2 u1 e2 u1 e3 u2 e3 u2 e4 Det går inte att hitta en tilldelning till e 4 systemet är structurally inconsistent Pantelides terminerar inte 14

Vilket pris får man betala för Pantelides alogritm Vinst Låg beräkningskomplexitet, O(N 3 ), för stora DAE:er istället för tex index reducering. Algoritmen är grafisk dvs inga numeriska problem. Pris: Det är inte garanterat att man hittar alla ekvationer som måste deriveras och därmed hittar man inte alla gömda ekvationer. Tillräckligt men inte nödvändigt 15

Tilldelning av initial värden Pantelides algoritm N ekvationer och M variabler, N<M M-N DOF De M-N variabler som väljs kallas oberoende eller besluts variabler och de N variabler som beräknas kallas beroende Den mängd av variabler som kan vara oberoende kallas valbara 16

Steward s path Steward s path används för att identifiera den valbara mängden variabler x1 x2 x3 x4 e1 e2 e3 Den valbara mängden är E = {x 2,x 3,x 4 } Genom att välja en av variablerna i E som oberoende fås ett strukturellt tillåtet ekvationssystem. 17

Öppna frågor Vad finns det för andra metoder förutom Pantelides och Steward s Path? - Index reducering - När räcker Pantelides inte till, och vad kan man använda istället? -??? 18

Referenser [1] C.C. Pantelides. The consistent initialization of differential-algebraic systems. SIAM J. Sci. Stat. Comput., Vol. 9(2):213 231, 3 1988. [2] Jonas Gillberg. Implementation of methods for the initialization of DAEs. Master s thesis LiTH-ISY-EX-3147, Department of Electrical Engineering, Linköping University, Jan 2001. [3] V. Rico-Ramirez. Representation, Analysis and Solutions of Conditional Models in an Equation-based Environment. Phd thesis, Dept. of Chemical Engineering, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, Pennsylvania, 1998. [4] P. Bujakiewicz and P.P.J van den Bosch. Determination of perturbation index of dae with maximum weighted algorithm. In Computer-Aided Control System Design. Proceedings, IEEE/IFAC Joint Symposium on, pages 129 136, 1994. [5] B.J. Leimkuhler. Approximation methods for the consistent initilazation of differantial algebraic equations. SIAM J. Numer. Anal., Vol. 28(1):205 226, 2 1991. 19