Lösningar till tentan i Automationsteknik FK

Relevanta dokument
Formelsamling i Automationsteknik FK

Övningar i Automationsteknik FK

Laboration i Automationsteknik FK: Del 1: Polplacering. Del 2: Markovkedjor

Tentamen i Reglerteknik. 7,5 hp varav tentamen ger 4,5 hp

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

Reglerteknik. Datum: 20/ Tid: Examinator: Leif Lindbäck ( ) Hjälpmedel: Formelsamling, dimensioneringsbilaga, miniräknare.

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

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

Övningar i Automationsteknik FK

ERE103 Reglerteknik D Tentamen

Reglerteknik. Kurskod: IE1304. Datum: 12/ Tid: Examinator: Leif Lindbäck ( )

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

REGLERTEKNIK Laboration 5

Tentamen i Reglerteknik. 7,5 hp varav tentamen ger 4,5 hp

Lösningar Reglerteknik AK Tentamen

Reglerteknik AK, FRT010

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik fk M (TSRT06)

TSIU61: Reglerteknik

Föreläsning 11, Dimensionering av tidsdiskreta regulatorer

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

Reglerteknik AK. Tentamen 9 maj 2015 kl 08 13

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

TENTAMEN I REGLERTEKNIK TSRT03, TSRT19

Figur 2: Bodediagrammets amplitudkurva i uppgift 1d

Reglerteknik AK. Tentamen kl

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik (TSRT19)

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Reglerteknik AK Tentamen

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

TENTAMEN I REGLERTEKNIK

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

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

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

Föreläsning 14-16, Tillståndsmodeller för kontinuerliga system

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

ÖVNINGSTENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

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

REGLERTEKNIK KTH REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120

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

TAMS79: Föreläsning 10 Markovkedjor

Övningar i Reglerteknik

Lösningar till Tentamen i Reglerteknik AK EL1000/EL1100/EL

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 11

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 12

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

TSIU61: Reglerteknik. Tillståndsbeskrivning. Lite om tillstånd och återkoppling

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

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

F08: Tillståndsåterkoppling, Styrbarhet, Integraldel i regulator

Tentamen i FMS180/MASC03 Markovprocesser

Reglerteknik AK. Tentamen 27 oktober 2015 kl 8-13

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 12

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik Y/D (TSRT12)

Reglerteknik AK, FRTF05

A

TENTAMEN Reglerteknik 4.5hp X3

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

System. Z-transformen. Staffan Grundberg. 8 februari 2016

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

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

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

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

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

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

Lektion 1. Bo Bernhardsson FRT130 Control Theory, Lecture 1

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Reglerteknik AK. Tentamen 16 mars 2016 kl 8 13

TENTAMEN Reglerteknik 3p, X3

Lösningsförslag TSRT09 Reglerteori

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

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

ERE 102 Reglerteknik D Tentamen

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Föreläsning 10, Egenskaper hos tidsdiskreta system

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 10

Markovprocesser SF1904

TENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

Markovprocesser SF1904

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TENTAMEN I TSRT22 REGLERTEKNIK

Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633(5B1206).

Övning 3. Introduktion. Repetition

TENTAMEN I REGLERTEKNIK

Komplexa tal med Mathematica

Transkript:

Lösningar till tentan i Automationsteknik FK 206-0-5. a. Systemet kan skrivas på formen ẋ Ax+Bu, y Cx där ( ) ( 2 0 2 A, B, C ) ( 0 ) Överföringsfunktionen kan nu beräknas: G(s) C(sI A) B ( 0 )( ( ) s+2 0 2 s ) ( 0 ) ( ) s 0 2 (s+2)(s ) s+2)( s+4 (s+2)(s ) s+4 s 2 +s 2 (s+2)(s ) ( ) ( ) 2s 2 0 s+4 Polerna till systemet är 2 och medan nollstället är 4 (systemet är alltså instabilt pga polen i ). b. Utgående från överföringsfunktionen beräknad i (a) kan systemet skrivas (s 2 +s 2)Y(s) (s+4)u(s) vilket efter invers laplacetransformation blir d 2 y dt 2 + dy du 2y dt dt +4u c. Tillståndsåterkoppling l r r(t) l x (t) l 2 x 2 (t) l r r(t) Lx(t) ger dx dt Ax+B(l rr Lx) (A BL)x+l r Br Polerna till det slutna systemet (r y) utgörs av lösningarna till 0 det(si (A BL)) det(si A+BL) (( ) ( ) ( ) s 0 2 0 2 (l ) ) det + l 0 s 2 s+2+2l 2l 2 +l s +l 2 s2 +(+2l +l 2 )s 2 2l +4l 2 Polerna och 4 ger karakteristiska ekvationen (s+)(s+4) s 2 +5s+4. Jämförelse mellan koefficienterna mellan de båda polynomen ger ekvationssystemet { +2l +l 2 5 2 2l +4l 2 4

vilket ger lösningen l,l 2 2. 2. a. Överföringsfunktionen blir H(z).8z.8 0.7z z 0.7 Polen är 0.7 och statiska förstärkningen är H().8/( 0.7) 6 b. Stegsvarets Z-transform ges av z Y(z) H(z)Z[s e (k)] H(z) z.8z (z 0.7)(z ) 6 z 4.2 ( 6z z 0.7 z z 4.2z ) z 0.7 Efter invers Z-transformation erhålles y(k) Z [Y(z)] q (6s e (k) 4.2 0.7 k s e (k)) 6s e (k ) 4.2 0.7 k s e (k ) 6( 0.7 k )s e (k ) där q är bakåtskiftoperatorn (q f(k) f(k )) och s e (k) betecknar enhetsstegfunktionen (s e (k) 0 för k < 0 och för k 0). c. Slutna systemets överföringsfunktion blir H slutet (z) KH(z) +KH(z).8K z 0.7+.8K vilken har en pol i z 0.7.8K. Stabilitet uppnås då 0.7.8K < vilket också kan skrivas < 0.7.8K <. Detta innebär att 0.3/.8 /6 < K <.7/.8 7/8. 3. a. Efter laplacetransformering kan överföringsfunktionen beräknas G(s) 2 4s+ 0.5 s+0.25 Ur tabellen för ZOH-diskretisering erhålles sen (för h 0.42 s) H(z) 2( e h/4 ) z e h/4 2( e 0.05 ) z e 0.05 0.2 z 0.9 0.2z 0.9z b. Med B(z) 0.2z och A(z) 0.9z blir n C n B 0 och n D n A 0såatt C(z) ochd(z) d 0. Regulatornärdåisjälvaverket en helt vanlig P-regulator. Med önskad pol i z 0. blir P(z) 0.z och polynomekvationen A(z)C(z) + B(z)D(z) P(z) blir då med aktuella polynom (i z ) insatta ( 0.9z ) +0.2z d 0 0.z 2

vilket omedelbart ger d 0 4. Förstärkningen K r blir P()/B() 0.9/0.2 4.5. c. Med integralverkan i regulatorn blir n C n B och n D n A vilket innebär att C(z) z (pol fixerad till z pga integralverkan) och D(z) d 0 +d z. Polynomekvationen blir i detta fall ( 0.9z )( z )+0.2z (d 0 +d z ) ( 0z ) 2 Detta kan se lite konstigt ut eftersom P(z) så att P inte blir något polynom i z av grad 2 som man skulle förvänta sig. Detta fenomen uppträder dock endast för det fall då alla poler placeras i z 0 (dead-beat) som i det här fallet. Efter förenkling kan polynomekvationen skrivas +(0.2d 0.9)z +(0.9+0.2d )z 2 vilketresulterariattd 0.9/0.2 9.5ochd 0.9/0.2 4.5. Förstärkningen K r blir P()/B() /0.2 5. 4. a. Med u(t) (u (t) u 2 (t)) T och y(t) (y (t) y 2 (t)) T kan systemet skrivas där A dy dt Ay +Bu ( ), B 3 ( ) 2 0 Överföringsfunktionen blir ( ) ( ) s+ 2 G(s) (si A) B ( )( ) s 2 3 s 0 s 2 4 3 s+ 0 ( ) ( ) s 2s s 2s s 2 4 3 s+7 (s 2)(s+2) 3 s+7 Polerna är 2 och 2 (systemet instabilt). b. En statisk särkoppling P(s) P 0 ges av ( ) ( ) /4 /4 P 0 (G(0)) 7/4 /4 3/4 7/4 /4 ( 7/4) /4 ( 3/4) 3/4 /4 ( ) ( ) 7/4 /4 7 4 3/4 /4 3 c. Bäst är att undvika att använda G(s) vid beräkningen. Slutna systemet kan skrivas dy Ay +Bu Ay +B(r Ky) (A BK)y +Br dt där A BK ( ) 3 ( 2 0 )( ) 2 3 4 ( ) 8 9 0 3 3

Karaktersitiska ekvationen för slutna systemet blir därmed 0 det(si (A BK)) s+8 9 0 s+3 (s+8)(s+3) så att polerna till slutna systemet blir 3 och 8. 5. a. För β 0 kan första tillståndet inte nås från de andra tillstånden. Om α blir andra tillståndet absorberande och kan inte lämnas. Därför måste α och β 0 för att alla tillstånd skall kunna kommunicera med varandra dvs så att markovkedjan blir irrdeucibel. b. Med α /2 och β /3 blir övergångsmatrisen 0 /2 /2 P 0 /2 /2 /3 2/3 0 Den stationära fördelningen ā (ā ā 2 ā 3 ) måste då uppfylla ekvationen ā āp vilket ger det underbestämda ekvationssystemet ā 3ā3 ā 2 2ā + 2ā2 + 2 3ā3 ā 3 2ā + 2ā2 med parametrisk lösning ā ( 5 3)ā. Med villkoret ā +ā 2 +ā 3 erhålles lösningen ā ( 5 3)/9 (/9 5/9 /3). c. Villkoret kan skrivas Multiplikation med 3 på båda sidor ger vilket ger (/3 /3 /3) (/3 /3 /3)P ( ) ( )P β /2+α+ β /2+ α som i sin tur ger den entydiga lösningen α /2 och β. d. I detta fall är övergångsmatrisen 0 /2 /2 P 0 0 0 0 4

Eftersom inga av tillstånden är transienta så är alla beständiga och därmed också positivt beständiga eftersom markovkedjan är ändlig. Inget tillstånd kan återvändaefter ett steg, vilketskulle kunnaskapaenoroförattdet skulle kunna finnas periodiska tillstånd. En stunds eftertanke ger dock att det alltid går att återvända efter n steg för varje n > varför villkoret på periodicitet inte är uppfyllt. Därför är alla tillstånd i markovkedjan varken periodiska eller transienta (dvs aperiodiska och positivt beständiga) vilket garanterar en stationär fördelning. Ekvationen ā āp ger ā ā 3 och ā 2 /2 ā vilket tillsammans med ā +ā 2 +ā 3 ger lösningen ā (2/5 /5 2/5). e. För att markovkedjan inte skall vara ergodisk krävs att den varken är har något periodiskt tillstånd eller att den har något transient tillstånd. Enda kandidaten till periodicitet var α 0 och β men det utreddes i förra deluppgiften att detta inte gav något periodiskt tillstånd. Däremot kan något tillstånd vara transient och detta inträffar för kombinationen α och β 0. Första och tredje tillståndet blir då transienta (mest uppenbart det tredje). Dessutom blir det andra tillståndet absorberande. Svaret blir alltså α och β 0. 6. a. Parametervektorn definieras som ( a θ b) vilket innebär att regressionsmatrisen Φ måste definieras enligt y(0) u(0) y() u() Φ.. y(4) u(4) Observera avvikelsen från formelsamlingens definition. Matrisen Y definieras som y() y(2) Y. y(5) (liksom i formelsamlingen). Detta ger i det aktuella fallet 2.97 0 5.08 2.97 Y 0.54 Φ 5.08 3.43 0.54 2.35 3.43 0 Lösningen (skattningen) kan nu skrivas θ (Φ T Φ) Φ T Y 5

0 2.97 ( ) 0 2.97 5.08 0.54 3.43 2.97 ( ) 0 5.08 0 2.97 5.08 0.54 3.43 5.08 0.54 0 0.54 3.43 3.43 0 2.35 ( ) ( ) ( ) 46.68.57 27.74 0.6954.57 4 0.94 3.008 b. Med Φ, θ och Y från föregående deluppgift kan den kvadratiska felfunktionens värde beräknas som (Y Φθ) T (Y Φθ) 0.00526 6