Reglerteori, TSRT09. Föreläsning 8: Olinjäriteter och stabilitet. Torkel Glad. Reglerteknik, ISY, Linköpings Universitet

Relevanta dokument
Exempel: DC-servo med styrsignalmättning DEL III: OLINJÄR REGLERTEORI. DC-servo forts.: Rampsvar och sinussvar

Reglerteori. Föreläsning 8. Torkel Glad

Reglerteori, TSRT09. Föreläsning 10: Fasplan. Torkel Glad. Reglerteknik, ISY, Linköpings Universitet. Torkel Glad Reglerteori 2015, Föreläsning 10

Olinjära system (11, 12.1)

TSRT09 Reglerteori. Sammanfattning av föreläsning 9. Cirkelkriteriet. Sammanfattning av föreläsning 9, forts. Amplitudstabilitet hos svängningar

Lösningsförslag TSRT09 Reglerteori

Reglerteori. Föreläsning 10. Torkel Glad

TSRT09 Reglerteori. Sammanfattning av föreläsning 10. Fasplan. Olika typer av jämviktspunkter. Samband linjärt olinjärt: nära jämviktspunkt

Reglerteori. Föreläsning 11. Torkel Glad

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 10

TENTAMEN I TSRT09 REGLERTEORI

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 11

Lösningsförslag TSRT09 Reglerteori

Cirkelkriteriet (12.3)

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik fk M (TSRT06)

Stabilitetsanalys och reglering av olinjära system

Robust flervariabel reglering

Reglerteori. Föreläsning 4. Torkel Glad

ÖVNINGSTENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

TENTAMEN I TSRT09 REGLERTEORI

Reglerteori. Föreläsning 12. Torkel Glad

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

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

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

Reglerteknik AK, FRTF05

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

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TSRT09 Reglerteori. Reglerteknik. Vilka är systemen som man styr? Vilka är systemen som man styr? Föreläsning 1: Inledning, reglerproblemet

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

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

Reglerteknik AK. Tentamen 27 oktober 2015 kl 8-13

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik Y/D (TSRT12)

TSRT09 Reglerteori. Sammanfattning av föreläsning 8. Inversa cirkelkriteriet. Föreläsning 9. Föreläsning 9: Cirkelkriteriet och beskrivande funktion

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

Reglerteknik AK, FRT010

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

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

TSRT09 Reglerteori. Sammanfattning av föreläsning 5: RGA, IMC. Föreläsning 6. Sammanfattning av föreläsning 5: LQG. Föreläsning 6: LQ-reglering

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 12

TENTAMEN I TSRT09 REGLERTEORI

Lösningar Reglerteknik AK Tentamen

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Lösningsförslag TSRT09 Reglerteori

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Reglerteori. Föreläsning 5. Torkel Glad

Figur 2: Bodediagrammets amplitudkurva i uppgift 1d

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

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik (TSRT19)

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

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

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

TENTAMEN I TSRT09 REGLERTEORI

Flervariabel reglering av tanksystem

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TENTAMEN I REGLERTEKNIK

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 4

Reglerteknik AK Tentamen

Reglerteori, TSRT09. Föreläsning 12: Prestandabegränsningar & målkonflikter Sammanfattning av kursen. Torkel Glad

TENTAMEN Reglerteknik 3p, X3

Industriell reglerteknik: Föreläsning 2

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

Reglerteori, TSRT09. Föreläsning 4: Kalmanfiltret & det slutna systemet. Torkel Glad. Reglerteknik, ISY, Linköpings Universitet

TSRT09 Reglerteori. Sammanfattning av Föreläsning 3. Sammanfattning av Föreläsning 3, forts. Sammanfattning av Föreläsning 3, forts.

TENTAMEN I REGLERTEKNIK TSRT03, TSRT19

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 2

Sammanfattning av föreläsning 4. Modellbygge & Simulering, TSRT62. Föreläsning 5. Identifiering av olinjära modeller

TENTAMEN I TSRT09 REGLERTEORI

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

Lösningar till Tentamen i Reglerteknik AK EL1000/EL1100/EL

Flervariabel reglering av tanksystem

TENTAMEN Reglerteknik 4.5hp X3

Reglerteknik I: F6. Bodediagram, Nyquistkriteriet. Dave Zachariah. Inst. Informationsteknologi, Avd. Systemteknik

Välkomna till Reglerteknik Föreläsning 2

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

REGLERTEKNIK KTH REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120

TENTAMEN I TSRT09 REGLERTEORI

TENTAMEN I DYNAMISKA SYSTEM OCH REGLERING

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Nyquistkriteriet, kretsformning

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 9

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 2

TSIU61: Reglerteknik. Sammanfattning från föreläsning 3 (2/4) ˆ PID-reglering. ˆ Specifikationer. ˆ Sammanfattning av föreläsning 3.

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

TSIU61: Reglerteknik. PID-reglering Specifikationer. Gustaf Hendeby.

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 4

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

AUTOMATIC CONTROL REGLERTEKNIK LINKÖPINGS UNIVERSITET. M. Enqvist TTIT62: Föreläsning 2. Här är

Transkript:

Reglerteori, TSRT09 Föreläsning 8: Olinjäriteter och stabilitet Reglerteknik, ISY, Linköpings Universitet

Sammanfattning av föreläsning 7 2(27) H 2 - och H - syntes. Gör W u G wu, W S S, W T T små. H 2 : Minimera ( W S S 2 2 + W TT 2 2 + W ug wu 2 2 ) dω. H : Sätt absolut gräns på W S S, W T T, W u G wu för alla ω. Leder till algebraiska Riccatiekvationer.

Sammanf. fö. 7: För- och nackdelar med H 2, H 3(27) (+) Hanterar direkt kraven på S, T, G wu. (+) Talar om när krav är omöjliga (via γ). (+) Lätt väga olika krav (i frekvensplanet) mot varandra. (-) Kan vara svårt att detaljstyra uppförandet i tidsplanet. (-) Ger ofta komplicerade regulatorer (antalet regulatortillstånd = sammanlagda antalet i G, W u, W S, W T ).

Sammanf. fö. 7: Linjär flervariabel regulatorsyntes 4(27) Sammanfattning Gör RGA-analys. Använd enkla enkretsregulatorer av typ PID om RGAn visar att det är möjligt. Använd annars linjärkvadratisk eller H 2 /H -syntes.

DEL III: OLINJÄR REGLERTEORI 5(27) Föreläsning 8: Olinjäriteter och stabilitet Föreläsning 9: Cirkelkriteriet och beskrivande funktion Föreläsning 10: Fasplan Föreläsning 11: Regulatorsyntes och exakt linjärisering

DEL III: OLINJÄR REGLERTEORI 5(27) Föreläsning 8: Olinjäriteter och stabilitet Föreläsning 9: Cirkelkriteriet och beskrivande funktion Föreläsning 10: Fasplan Föreläsning 11: Regulatorsyntes och exakt linjärisering

Exempel: DC-servo med styrsignalmättning 6(27) r ũ u y Σ K(s + 2) s + 10 1 s(s + 1) 1 DC-motor styrd med en lead-lag-regulator. Man vill styra vinkeln y hos motorn. Styrspänningen u från regulatorn är begränsad: mättning. Mättningen gör systemet olinjärt.

Exempel: DC-servo med styrsignalmättning, forts. 7(27) DC-servo med vinkel-referenssteg av olika amplitud. blått: stegamplitud 1 rött: stegamplitud 5 (skalat med 1/5) Stegsvaret är alltså amplitudberoende. Om systemet varit linjärt hade kurvorna sammanfallit. 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 2 4 6 8 10

DC-servo forts.: Rampsvar och sinussvar 8(27) Rött: referenssignal. Blått: utsignal. 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2 4 6 8 10 Rampsvar: Ungefär som linjärt. 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0.01 0.02 0 2 4 6 8 10 Sinussvar: Ungefär som linjärt.

DC-servo forts.: Rampsvar + sinussvar 9(27) Rött: r. Blått: y. Grönt: y då r är en ren ramp (som föregående sida). 10 8 6 4 2 0 2 0 2 4 6 8 10 Här händer något: ingen sinus alls i svaret och rampfelet har ökat...

DC-servo forts.: Rampsvar + sinussvar 9(27) Rött: r. Blått: y. Grönt: y då r är en ren ramp (som föregående sida). 10 8 6 4 2 0 2 0 2 4 6 8 10 Strider mot superpositionsprincipen!

DC-servo forts.: Styrsignal före och efter mättning 10(27) Rött: före mättning (ũ). Blått: efter mättning (u). 4 3 2 1 0 1 2 0 2 4 6 8 10

Slutsatser 11(27) Superpositionsprincipen gäller inte. Speciellt: Stegsvarets kvalitativa utseende är amplitudberoende. Inverkan av olika insignaler är inte additiv.

Viktigaste (?) olinjära systemet 12(27) ẋ 1 = x 2 ẋ 2 = ax 2 + b sin(θ ext x 1 ) Förenklad modell av generator (vattenkraft, kärnkraft, kolkraft, vindkraft,...). Modell av faslåsningskrets (frekvens- och fasdemodulering, generering av stabiliserade frekvenser,...). x 1 vinkel(fas)läge, x 2 vinkelhastighet, θ ext extern vinkel/fas.

Generator ansluten till elnätet 13(27) J θ = Md f θ + K sin(ω0 t θ ) Md : Moment från propellern. f θ : Dämpning (friktion etc.). K sin(ω0 t θ ): Interaktion med elnätet. Resten av elnätet snurrar med vinkelhastigheten ω0. Tecknet på θ ω0 t bestämmer om generatorn ger eller tar effekt från nätet. Bildkälla: Vattenfall

Generator ansluten till elnätet 13(27) Kan skrivas på tillståndsform: x 1 = x2 M f ω0 f K x 2 = d x2 sin(x1 ) J J J, u ax2 b sin(x1 ) där x1 är fasfelet mot nätet. x2 är derivatan av fasfelet. Bildkälla: Vattenfall

Stabilitet 14(27) Stabilitet: Definition Lyapunovfunktioner Stabilitet via linjärisering Lågförstärkningssatsen Cirkelkriteriet

Jämviktspunkt 15(27) Ett system där dynamiken ges av ẋ(t) = f (x(t), u(t)) sägs ha en jämviktspunkt i x 0 om f (x 0, u 0 ) = 0 för en insignal u 0. D.v.s. startas systemet med x(0) = x 0 gäller att x(t) = x 0, t 0.

Jämviktspunkt: exempel 16(27) x 1,0 = 0 + 2πn, u 0 = 0 x 1

Jämviktspunkt: exempel 16(27) x 1,0 = π + 2πn, u 0 = 0 x 1

Linjärisering 17(27) ẋ = f (x, u) y = h(x) Stationär punkt, (jämviktspunkt, singulär punkt) x 0, u 0 : (x 0, u 0 konstanter) Linjärisering: f (x 0, u 0 ) = 0, y 0 = h(x 0 ) d dt (x x 0) = A(x x 0 ) + B(u u 0 ), y y 0 = C(x x 0 ) A = f x (x 0, u 0 ), B = f u (x 0, u 0 ), C = h x (x 0 )

Stabilitet 18(27) Definition: En jämviktspunkt x 0 är stabil om det för varje ɛ > 0 finns ett δ > 0 sådant att x(t) x 0 < ɛ för alla t > 0 så snart x(0) x 0 < δ.

Stabilitet 18(27) D.v.s. givet ett krav att lösningen måste hålla sig kvar inom avståndet ɛ från jämviktspunkten x 0 för all framtid ska vi alltid kunna hitta en boll centrerad i x 0 med radien δ sådan att kravet är uppfyllt för alla startpunkter i den här bollen. x(t)-x 0 x(0)-x 0 x(0) x 0 x(t)

Asymptotisk stabilitet 19(27) Definition: En jämviktspunkt x 0 är asymptotiskt stabil om den är stabil och det dessutom finns ett δ > 0 sådant att x(t) x 0, t så snart x(0) x 0 < δ.

Asymptotisk stabilitet 19(27) D.v.s. startas systemet tillräckligt nära x 0 kommer systemet till slut ända in till x 0 när t. x(t)-x 0 x(0)-x 0 x 0 x(0) x(t)

Global asymptotisk stabilitet 20(27) Definition: En jämviktspunkt x 0 är globalt asymptotiskt stabil om δ ovan kan tas godtyckligt stort. D.v.s. oavsett från var systemet startas kommer systemet till slut ända in till x 0 när t. J.m.f. linjära asymptotiskt stabila system.

Lyapunovfunktioner: avstånd till målet 21(27) Låt en funktion V(x) beteckna ett (generaliserat) avstånd till en jämviktpunkt x 0. Avståndet ska vara nollskilt tills dess att systemet har kommit till vila på rätt ställe : V(x 0 ) = 0, V(x) > 0, x = x 0 Det ska synas om systemet sticker iväg : V(x) x Avståndet ska avta hela tiden tills dess att slutdestinationen är nådd: d dt V(x(t)) = V x(x(t))ẋ(t) = V x (x(t))f (x(t)) < 0, x(t) = x 0 Lyapunovfunktionen kan ibland ges en energitolkning, d.v.s. systemets totalenergi ska minska för att få stabilitet.

Lyapunovfunktioner 22(27) V(x 0 ) = 0, V(x) > 0, x = x 0 V(x) x V x (x)f (x) < 0, x = x 0 Medför ẋ = f (x) har en globalt asymptotiskt stabil lösning x(t) = x 0. Räcker att V x (x)f (x) 0 och ingen lösning (utom x(t) = x o ) förlöper helt i det område där V x (x)f (x) = 0. Om V har ovanstående egenskaper i en omgivning av x 0 så gäller (lokal) asymptotisk stabilitet.

Lyapunovfunktion för generator 23(27) V = 1 2 x2 2 + (1 cos x 1 ) 3 V 8 6 4 1 2 2 0 0 10 1 5 0 5 10 2 3 x2 x1

Lemma 12.1 24(27) Lemma 12.1 Antag att systemet ẋ = Ax är asymptotiskt stabilt, d.v.s. att alla egenvärden till matrisen A ligger strikt i vänster halvplan. Då finns det till varje positivt semidefinit matris Q en positivt semidefinit matris P som löser ekvationen Om Q är positivt definit så är P positivt definit. A T P + PA = Q (1) Omvänt, finns det positivt semidefinita matriser P och Q så att (1) gäller och att paret (A, Q) är detekterbart, så har A:s alla egenvärden negativt realdel.

Linjärisering och stabilitet 25(27) Sats: Om ett linjäriserat system är asymptotiskt stabilt så är också det ursprungliga systemet asymptotiskt stabilt i ett område kring linjäriseringspunkten. Motivering: Skriv systemet som ẋ = Ax + g(x) där g innehåller kvadratiska och högre ordningens termer. Konstruera en Lyapunovfunktion V = x T Px för ẋ = Ax genom att lösa A T P + PA = Q, Q > 0, P > 0 Detta V är Lyapunovfunktion även då termen g tas med om x är tillräckligt litet.

Cirkelkriteriet 26(27) Linjärt system G(s) återkopplat med en statisk olinjäritet f (x) f (0) = 0, k 1 f (x) k 2 x Stabilt om nyquistkurvan till G(iω) inte omcirklar eller går in i cirkeln. Im 1 k 1 1 k 2 Re G(iω)

Olinjär reglering... 27(27)...från Stanford.