Föreläsning 8. Reglerteknik AK. c Bo Wahlberg. 27 september Avdelningen för reglerteknik Skolan för elektro- och systemteknik

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

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 11

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 10

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

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

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 10

1 Diagonalisering av matriser

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

Fredrik Lindsten Kontor 2A:521, Hus B, Reglerteknik Institutionen för systemteknik (ISY)

Föreläsning 14-16, Tillståndsmodeller för kontinuerliga system

Föreläsning 1 Reglerteknik AK

Föreläsning 2. Reglerteknik AK. c Bo Wahlberg. 3 september Avdelningen för reglerteknik Skolan för elektro- och systemteknik

Olinjära system (11, 12.1)

Reglerteknik I: F10. Tillståndsåterkoppling med observatörer. Dave Zachariah. Inst. Informationsteknologi, Avd. Systemteknik

Reglerteori. Föreläsning 3. Torkel Glad

Industriell reglerteknik: Föreläsning 2

ERE103 Reglerteknik D Tentamen

Lösningar Reglerteknik AK Tentamen

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del A Tid: Onsdag 23 augusti 2017, kl

Robust flervariabel reglering

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

LÖSNINGAR TILL LINJÄR ALGEBRA kl 8 13 LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK. 1. Volymen med tecken ges av determinanten.

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

TSIU61: Reglerteknik. Tillståndsbeskrivning. Lite om tillstånd och återkoppling

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik (TSRT19)

Föreläsning 3. Reglerteknik AK. c Bo Wahlberg. 9 september Avdelningen för reglerteknik Skolan för elektro- och systemteknik

Diskreta Linjära System och Skiftregister

REGLERTEKNIK KTH REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120

Reglerteori. Föreläsning 4. Torkel Glad

1 Repetition - Övning 3.8

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del A Tid: Onsdag 22 augusti 2018, kl

Övningar. MATEMATISKA INSTITUTIONEN STOCKHOLMS UNIVERSITET Avd. Matematik. Linjär algebra 2. Senast korrigerad:

TENTAMEN Reglerteknik I 5hp

Reglerteknik AK. Tentamen kl

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

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 12

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 12

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik fk M (TSRT06)

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 12

Överföringsfunktion 21

Figur 2: Bodediagrammets amplitudkurva i uppgift 1d

x(t) I elimeringsmetoden deriverar vi den första ekvationen och sätter in x 2(t) från den andra ekvationen:

Reglerteknik AK, FRT010

Systemteknik/Processreglering F3

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

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Övningar. c) Om någon vektor i R n kan skrivas som linjär kombination av v 1,..., v m på precis ett sätt så. m = n.

Provräkning 3, Linjär Algebra, vt 2016.

Lösningar till tentamen i Reglerteknik I 5hp (a) Statiska förstärkningen = (0), och ( )= [ ( )].

Reglerteknik AK Tentamen

Lektion 1. Bo Bernhardsson FRT130 Control Theory, Lecture 1

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

n = v 1 v 2 = (4, 4, 2). 4 ( 1) + 4 ( 1) 2 ( 1) + d = 0 d = t = 4 + 2s 5 t = 6 + 4s 1 + t = 4 s

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

TMV142/186 Linjär algebra Z/TD

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

Reglerteknik AK. Tentamen 9 maj 2015 kl 08 13

DEL I. Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604, den 17 april 2010 kl

Lösningsförslag TSRT09 Reglerteori

REGLERTEKNIK. Formelsamling

Lösningar till Tentamen i Reglerteknik AK EL1000/EL1100/EL

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

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

. (2p) 2x + 2y + z = 4 y + 2z = 2 4x + 3y = 6

A = x

kvivalenta. Ange rangen för A samt en bas för kolonnrummet för A. och U =

Exponentialmatrisen. Definition med potensserie. Egenskaper. Den sista likheten utgör definitionen av e At. Man kan nämligen visa att matrisföljden

Chalmers tekniska högskola Datum: Våren MVE021 Linjär algebra I

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

LÖSNINGAR LINJÄR ALGEBRA LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

Dagens teman. Linjära ODE-system av ordning 1:

Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra, SF1604, den 15 mars 2012 kl

EL1010 Reglerteknik AK

Övningar i Reglerteknik. Differentialekvationer kan lösas med de metoder som behandlades i kurserna i matematisk analys. y(0) = 2,

1 Linjära ekvationssystem. 2 Vektorer

Vektorgeometri för gymnasister

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

AUTOMATIC CONTROL REGLERTEKNIK LINKÖPINGS UNIVERSITET. M. Enqvist TTIT62: Föreläsning 3 AUTOMATIC CONTROL REGLERTEKNIK LINKÖPINGS UNIVERSITET

LÖSNINGAR TILL LINJÄR ALGEBRA kl LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

En allmän linjär återkoppling (Varför inför vi T (s)?)

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Linnea Hietala MVE480 Linjär algebra S

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Styf. Exempeltenta med lösningar Programmen EI, IT, K, X Linjär algebra juni 2004

Föreläsningsanteckningar Linjär Algebra II Lärarlyftet

EL1000/1120 Reglerteknik AK

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik Y/D (TSRT12)

Egenvärden och egenvektorer. Linjär Algebra F15. Pelle

F08: Tillståndsåterkoppling, Styrbarhet, Integraldel i regulator

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Vi skalla främst utnyttja omskrivning av en matris för att löas ett system av differentialekvaioner. 2? Det är komplicerat att

1. (a) (1p) Undersök om de tre vektorerna nedan är linjärt oberoende i vektorrummet

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 8

Lösningsförslag TSRT09 Reglerteori

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del A Tid: Torsdag 15 december 2016, kl

MVE022 Urval av bevis (på svenska)

Transkript:

Föreläsning 8 Reglerteknik AK c Bo Wahlberg Avdelningen för reglerteknik Skolan för elektro- och systemteknik 27 september 2013

Introduktion Förra gången: Tillståndsmodell: ẋ(t) = Ax(t) + Bu(t), x(0) = x 0 y(t) = Cx(t) x(t) A B C Dagens program: Observerbarhet Styrbarhet n 1 vektor (tillståndsvektor) n n matris n 1 vektor 1 n vektor c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 2 / 21

Exponentialfunktionen Hur löser vi ekvationen på förra sidan? Från våra tidigare erfarenheter med första ordnings differentialekvationer vet vi att en integrerande faktor kan vara till stor hjälp. Vi kan generalisera detta koncept och använda e Aτ. t d dτ e Aτ = e Aτ ( A) e Aτ [ ẋ Ax ] = e Aτ Bu d dτ d [ e Aτ x ] dτ = 0 dτ }{{} e At x(t) x(0) [ e Aτ x ] = e Aτ Bu t 0 e Aτ Bu(τ) dτ c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 3 / 21

Exponentialfunktionen Sista steget på förra sidan: ( t d [ e Aτ x ] dτ = 0 dτ }{{} e At x(t) x(0) t Varur vi kan lösa ut ett uttryck för x(t) som x(t) = e At x(0) + t 0 0 e Aτ Bu(τ) dτ e A(t τ) Bu(τ) dτ ) Observera dock att e At är en matrisfunktion! c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 4 / 21

Exponentialfunktionen Hur beräknar man e At? Lös d dt eat = Ae At, e A 0 = I. 1 Serieutveckla e At = I + At + A2 t 2 2! +.. 2 e At = L 1{ (si A) 1} c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 5 / 21

Exponentialfunktionen 3 Diagonalisering Antag att A kan diagonaliseras λ 1 0 A = T DT 1, D =..., 0 λ n Då är e At = T e Dt T 1, där e λ 1t 0 e Dt =... 0 e λnt Bevis via t.ex. serieutvecklingen, A k = T D k T 1. (egenvärden) Observera att e At 0, när t om egenvärdena till A, dvs systemts poler, ligger i V.H.P. 4 Via Cayley-Hamiltons sats. c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 6 / 21

Cayley-Hamiltons Sats Låt det(λi A) = λ n + a 1 λ n 1 +... + a n 1 λ + a n Då är A n + a 1 A n 1 +... + a n 1 A + a n I = 0 Observation, om A 1 existerar: med a n = det( A)! A 1 = 1 a n [A n 1 + a 1 A n 1 +... + a n 1 I] c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 7 / 21

Cayley-Hamiltons Sats, forts Vad blir Fortsätt för p n Följaktligen A n = a 1 A n 1... a n 1 A a n I A n+1 = a 1 A n... a n 1 A 2 a n A = b 1 A n 1 +... + b n 1 A + b n I A p = b (p) 1 An 1 +... + b (p) n 1 A + b(p) n I e At = I + At +... = f 0 (t)i +... + f n 1 (t)a n 1 där {f i (t)} är linjärt oberoende som funktioner av t. c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 8 / 21

Exponentialfunktionen Exempel Antag att vi har Vi kan då räkna ut A = ( ) 0 1 0 0 (si A) 1 = 1 ( ) s 1 s 2 0 s Vilket sen hjälper oss bestämma e At som e At = L 1 { ( 1 s 1 s 1 2 0 s ) } = ( ) 1 t 0 1 Observera att A 2 = ( )( 0 1 0 1 ) 0 0 0 0 = 0, och att därför serieutvecklingen för e At ges exakt av e At = I + At. c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 9 / 21

Styrbarhet och Observerbarhet Exempel (8.13) Antag vi har systemet 1 0 0 1 ẋ = 0 2 0 x + 0 u y = 0 0 ) 3 x ( 2 1 0 Systemets överföringsfunktion ges då av G(s) = C(sI A) 1 B = Har vi rätt antal tillstånd? 2(s + 2)(s + 3) (s + 1)(s + 2)(s + 3) = 2 s + 1 2 c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 10 / 21

Styrbarhet och Observerbarhet Exempel (8.13 fort.) Vi finner x 1 genom första raden i ekvationssystemet ẋ 1 = x 1 + u X 1 (s) = 1 s + 1 U(s) och sedan på samma sätt för x 2 och x 3. 1 s+1 x 1 2 u 1 s+2 x 2 1 Σ y 1 s+3 x 3 x 2 påverkas ej av u x 3 syns ej i y Ej styrbar Ej observerbar c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 11 / 21

Styrbarhet Definition (Styrbarhet) Tillståndet x är styrbart om man kan styra från 0 till x med hjälp av u (på ändlig tid). x-rymden x via rätt u c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 12 / 21

Test av Styrbarhet Vi har med x(0) = 0 där x(t) = t 0 e A(t τ) Bu(τ)dτ e At = f 0 (t)i +... + f n 1 (t)a n 1 Detta medför att x(t) = γ 0 (t)b + γ 1 (t)ab +... + γ n 1 (t)a n 1 B där γ k (t) = t 0 f k (t τ)u(τ)dτ c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 13 / 21

Test av Styrbarhet, forts Dvs, de x som är styrbara är linjärkombinationer av vektorerna B, AB,..., A n 1 B, dvs ligger i värderummet till styrbarhetsmatrisen S = [B, AB,... A n 1 B] Systemet är styrbart om S har full rang = n, dvs om det(s) 0 c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 14 / 21

Styrbarhet Exempel (Test av styrbara tillstånd) Antag att vi har systemet Vi beräknar produkten A = ( ) 0 1, B = 0 0 AB = ( ) 1 0 ( ) 0 1 för att kunna sätta in i styrbarhetsmatrisen ( ) 0 1 S = [B AB] = 1 0 vars determinant, det(s) = 1 0, säger oss att systemet är styrbart. c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 15 / 21

Observerbarhet Definition (Observerbarhet) Tillståndet x är icke observerbart om utsignalen är identiskt noll då initialvärdet är x och insignalen identiskt noll. x-rymden x y 0 c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 16 / 21

Test av Observerbarhet Vi har med u(t) 0 och x(0) = x y(t) = Ce At x, y (k) (t) = CA k e At x, t 0 Speciellt gäller att y 0 om y(0) = Cx = 0 ẏ(0) = CAx = 0. y (n 1) (0) = CA (n 1) x = 0 Varför sluta vid k = n 1? c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 17 / 21

Test av Observerbarhet, forts. Dvs. icke-observbara tillstånd x ligger i nollrummet till observerbarhetsmatrisen C CA O =. CA n 1 Systemet är obseverbart om O har full rang = n, dvs om det(o) 0 c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 18 / 21

Observerbarhet Exempel (Test av observerbara tillstånd) Antag att vi har systemet Vi beräknar produkten A = O = ( ) 0 0, C = ( 1 0 ) 1 0 CA = ( 0 0 ) för att kunna sätta in i observerbarhetsmatrisen C CA. CA n 1 = ( ) 1 0 0 0 vars determinant, det O = 0, säger oss att systemet ej är observerbart. c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 19 / 21

Observerbarhet Exempel Dvs. x 3 är ej observerbar. 1 0 0 A = 0 2 0, C = ( 2 1 0 ) 0 0 3 2 1 0 = O = 2 2 0, Ox = 0 2 4 0 0 = x = 0 x 3 c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 20 / 21

Minimal Minimal om insignal-utsignalsambandet kan ej beskrivas med förre tillstånd = styrbart + observerbart c Bo Wahlberg (KTH) Föreläsning 8 27 september 2013 21 / 21