Lösningar till tentamen i Reglerteknik (TSRT12)

Relevanta dokument
Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik (TSRT19)

Figur 2: Bodediagrammets amplitudkurva i uppgift 1d

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

REGLERTEKNIK KTH REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120

Lösningar Reglerteknik AK Tentamen

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

Reglerteknik AK, FRTF05

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Lösningar till Tentamen i Reglerteknik AK EL1000/EL1100/EL

Reglerteknik AK Tentamen

Reglerteknik AK. Tentamen kl

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik Y/D (TSRT12)

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

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.

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik fk M (TSRT06)

Reglerteknik AK. Tentamen 27 oktober 2015 kl 8-13

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Reglerteknik AK, FRTF05

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

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 10

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

Lösningar Reglerteknik AK Tentamen

Lösningsförslag TSRT09 Reglerteori

Reglerteknik AK. Tentamen 16 mars 2016 kl 8 13

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

ERE103 Reglerteknik D Tentamen

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

Reglerteknik AK, FRT010

TENTAMEN Reglerteknik 4.5hp X3

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

TENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

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

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

Reglerteknik AK. Tentamen 9 maj 2015 kl 08 13

TENTAMEN Reglerteknik 3p, X3

ERE 102 Reglerteknik D Tentamen

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

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

TSRT21 Dynamiska system och reglering Välkomna till Föreläsning 10

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 12

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

Övning 3. Introduktion. Repetition

A

Laplacetransform, poler och nollställen

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

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

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 10

= y(0) för vilka lim y(t) är ändligt.

Reglerteori. Föreläsning 3. Torkel Glad

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 12

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

TENTAMEN I REGLERTEKNIK

TSIU61: Reglerteknik. Sammanfattning från föreläsning 5 (2/4) Stabilitet Specifikationer med frekvensbeskrivning

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

Föreläsning 1 Reglerteknik AK

Lösningar till övningar i Reglerteknik

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

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 11

Överföringsfunktion 21

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TENTAMEN Reglerteknik I 5hp

Olinjära system (11, 12.1)

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

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik M Föreläsning 9

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 3. Sammanfattning av föreläsning 2 PID-reglering Blockschemaräkning Reglerdesign för svävande kula

ÖVNINGSTENTAMEN Reglerteknik I 5hp

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

Kompletterande material till föreläsning 5 TSDT08 Signaler och System I. Erik G. Larsson LiU/ISY/Kommunikationssystem

6. Stabilitet. 6. Stabilitet

6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner. 6. Stabilitet. 6.2 Poler och stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN Reglerteknik 4.5hp X3

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

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TENTAMEN REGLERTEKNIK TSRT15

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 2

Kap 3 - Tidskontinuerliga LTI-system. Användning av Laplacetransformen för att beskriva LTI-system: Samband poler - respons i tidsplanet

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

Frekvensbeskrivning, Bodediagram

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 6. Sammanfattning av föreläsning 5 Lite mer om Bodediagram Den röda tråden!

6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner. 6. Stabilitet. 6.2 Poler och stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

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

TENTAMEN Reglerteknik I 5hp

Transkript:

Lösningar till tentamen i Reglerteknik (TSRT2) Tentamensdatum: 8 juni 208. (a) Sinus in ger sinus ut eftersom systemet är linjärt och stabilt. y(t) = G(7i) sin(7t + arg G(7i)) G(7i) = Svar: y(t) =.22 sin(7t 0.72) 3 82 + 7 = 3 =.22 2 3 arg G(7i) = arg 3 arg(7i + 8) = 0 arctan ( ) 7 = 0.72 8 (b) Observatörsfelet: x = (A KC) x där K = ( ) T k k 2. Polpolynomet för observatörsfelet ges av det(λi (A KC)) = λ + k k 2 2 λ = λ2 + k λ + k 2 2 Det önskade polpolynomet ges av λ 2 + 3λ + 2. Identifiering ger k = 3 och k 2 = 4. (c) Låt G(s) = 2 s+5 s+5 2(s+4) (d) Figur 5.2 i boken ger och H(s) = s+4. Enligt (7.) i boken är framkopplingen F f = H(s) G(s) = ( ) 0.5 ϕ m = arctan = 0.62 rad = 35.5 0.7 A m = 0.35 = 2.86 (e) S och T måste uppfylla S + T =. Här är S + T = 5s+3 s+2 2. (a) Nej. Ansätt F (s) = K I /s och ta fram G c (s). Det karakteristiska polynomet tar formen s 2 s + 4K I och ger poler till det slutna systemet i s = 0.5 ± 0.25 4K I. Vilka alltid ligger i höger halvplan. Systemet kan därmed inte stabiliseras av en I-regulator. (b) Ja. Med ansatsen F (s) = K P, fås polerna s = 4K P till det slutna systemet. K P > 0.25 ger därför ett stabilt slutet system. (c) U(s) = K( + st )(T r(s) T i (s)) Lineariteten ger att man kan sätta T r (s) till 0. Efter lite räkningar fås T i (s) = st s(s + ) 2 T + K(s + )(st + ) T y(s) Förutsättningarna för slutvärdesteoremet är uppfyllda, och med T y (s) = /s fås v.s.v. lim T i(t) = lim t s 0 s st s(s + ) 2 T + K(s + )(st + ) s = 0 (d) Lineariteten gör att man kan sätta T r (s) till 0. Om bidraget från en laststörning i T y (s) ej ska påverka T i (s) krävs att ( ) s + s + T y(s) + G(s)T y (s) = 0. Välj därför G(s) = s +. Ver: 5 maj 208

(e) Fördelen med PI-reglering framför framkoppling är att man bättre kommer att eliminera inverkan av mätfel och modelfel i stationäritet. Fördelen med framkoppling framför PI-reglering är att man tar hand om laststörningar snabbare. Man behöver inte vänta med att höja temperaturen på elementen tills det att det börjar bli kallt inomhus, utan kan höja den redan då man märker att det börjar bli kallt utomhus. 3. (a) Vid stationaritet är d 2 p(t)/ 2 = 0 och från uppgiften är det givet att F (t) = mg och q(t) = 0. Insättning i ekvationerna () och (2) i tentamen ger N 0 = mg och p 0 = p 0. (b) Det gäller att dx (t) = x 2 (t) dx 2 (t) = k m x (t) l m x3 (t) + u(t) v(t) m y(t) = kx (t) lx 3 (t) + u(t) Notera att de stationära värdena för x (t) och x 2 (t) båda är noll. Linjärisering av x 3 (t) kring noll ger noll. Alltså ges de linjäriserade ekvationerna av dx (t) = x 2 (t) dx 2 (t) = k m x (t) + u(t) v(t) m y(t) = kx (t) + u(t) som kan skrivas på matrisform som i uppgiften. (c) Överföringsfuntionen från u till y ges av (d) C(sI A) B + D = s 2 s 2 + k/m G(s) = G (iω) = G (iω) = s 2 s 2 + (iω) 2 (iω) 2 + = (iω) 2 (iω + i) (iω i) ω 2 (ω + ) (ω ) Lågfrekvensasymptoten har lutningen +2. Det gäller att ω G (iω), och högfrekvensasymptoten har lutningen 0. Notera singulariteten i ω =. Denna ger upphov till oändlig förstärkning vid frekvensen. Det hjälper även att räkna ut numeriska värden i ett antal punkter, se tabell. Tabell : G (iω) ω 0.03 0.3 2 3 G (iω) 0.0009 0.009.33.25 arg (G (iω)) = arg (iω) + arg (iω) arg (iω + i) arg (iω i) () = 90 + 90 90 arg (i(ω )) (2) 90 ω < 80 ω < = 90 0 ω = = 90 ω = (3) 90 ω > 0 ω > Singulariteten ger alltså upphov till en diskontinuitet i faskurvan. Följande resonemang kring faskurvan är godkänt, men är ej helt korrekt. 2 Ver: 5 maj 208

G (iω) = (iω) 2 (iω) 2 + = ω2 ω 2 arg (G (iω)) = arg ( ω 2) arg ( ω 2 ) = 0 arg ( ω 2 ) = (5) { { 80 ω = 2 < 80 0 ω 2 = ω 2 < 0 ω 2 (6) 4. (a) Det gäller att styrbarhetsmatrisen ges av W s = [ [ ] ] 0 /m B AB = /m 0 som har full rang (det(w s ) 0) eftersom 0 < m <. Alltså är systemet definierat av (A, B ) styrbart. (b) Överföringsfunktionen från u till y i uppgift 4 har två nollställen i origo. Med slutvärdesteoremet visas enkelt att stationära värdet för y(t) är skilt från noll endast om U(s) har tre eller fler poler i origo, vilket inte är rimligt. Betrakta exemplevis U(s) = /s n u(t) = tn (n )! F (t) = mg + tn (n )!. Det är inte rimligt att den dämpande kraften ökar med tiden på detta vis. Från uppgifterna 3(a) och 3(b) ser man även att det stationära värdet för y(t) = N(t) mg är noll oberoende av vad insignalen u är. (c) Med L = [ l 0 ] ges det slutna systemet av [ ] 0 A c = A B L = (k + l )/m 0 Vidare gäller att det(si A c ) = s 2 + (k + l )/m = 0 som har två rötter längs imaginäraxeln för alla l k, ty m > 0 och k > 0. Om l < k så fås två reella poler i ± m (k + l ) Alltså kan man inte göra slutna systemet asymptotiskt stabilt. (d) I Nyquistdiagrammet syns att kurvan aldrig skär negativa reella axeln. Därför kommer det slutna systemet vara stabilt för alla positiva värden på K. 5. (a) Det gäller att vilket skulle visas. d x(t) = dx(t) dˆx(t) = Ax(t) + B u(t) + B 2 v(t) Aˆx(t) B u(t) K [y(t) C ˆx(t) Du(t)] = A x(t) + B 2 v(t) KC x(t) (b) Det gäller att det(λi A o ) = λ 2 k kλ + k(/m k 2 ) = 0, som har alla nollställen strikt i vänster halvplan om och endast om kk < 0 och k(/m k 2 ) > 0. Eftersom k > 0 fås villkoren i uppgiften. (c) Det gäller att X(s) = (si A o ) B 2 V (s) = [ ] H (s) V (s) H 2 (s) Amplituderna i stationaritet hos x (t) och x 2 (t) ges av H (i) respektive H 2 (i) (frekvensen på v(t) är ett), under förutsättning att egenvärdena till A o ligger strikt i vänster halvplan. Vidare gäller att H (s) = s 2 k s k 2 + (s k ) H 2 (s) = s 2 k s k 2 + Att amplituderna är mindre än eller lika med 0. i stationaritet är ekvivalent med att H (i) 2 = k 2 + k2 2 H 2 (i) 2 = + k2 k 2 + k2 2 0. 2 0. 2 (4) 3 Ver: 5 maj 208

Figur : Uppgift 3d. 4 Ver: 5 maj 208

vilket också kan skrivas k 2 + k 2 2 0 2 (7) k 2 + k 2 2 0 2 (k 2 + ) (8) Det första villkoret är uppfyllt om det andra är det. Villkoren för att A o ska ha alla egenvärden strikt i vänster halvplan är, se föregående uppgift, k < 0 och k 2 < /m =. Villkor (8) tillsammans med k 2 < /m = ger villkoret k 2 99k 2 + 00. Följande villkor är nödvändiga och tillräckliga för det som efterfrågas i uppgiften: k < 0 k 2 99k 2 + 00 5 Ver: 5 maj 208