Tentamen i Miljö och Matematisk Modellering för TM Åk 3, MVE345 MVE maj 2012,

Relevanta dokument
Tentamen: Miljö och Matematisk Modellering (MVE345) för TM Åk 3, VÖ13 klockan den 2:e juni.

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

LAB 4. ORDINÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER. 1 Inledning. 2 Eulers metod och Runge-Kuttas metod

A

Matematisk analys för ingenjörer Matlabövning 3 Numerisk lösning av differentialekvationer

Syftet med den här laborationen är att du skall bli mer förtrogen med följande viktiga områden inom matematisk statistik

Tentamen i Styr- och Reglerteknik, för U3 och EI2

Tentamen i Teknisk-Vetenskapliga Beräkningar

Lennart Edsberg Nada,KTH Mars 2003 LABORATIONSHÄFTE NUMERISKA METODER GRUNDKURS 1, 2D1210 LÄSÅRET 02/03. Laboration 3 4. Elmotor med resonant dämpare

Kryssproblem (redovisningsuppgifter).

k 1 B k 2 C ges av dx 1 /dt = k 1 x 1 x 1 (0) = 100 dx 2 /dt = k 1 x 1 k 2 x 2 x 2 (0) = 0 dx 3 /dt = k 2 x 2 x 3 (0) = 0

Laboration 2 M0039M, VT2016

Tentamen i Reglerteknik, för D2/E2/T2

Föreläsning 17: Jämviktsläge för flexibla system

1. Mekanisk svängningsrörelse

LABORATIONSHÄFTE NUMERISKA METODER GRUNDKURS 1, 2D1210 LÄSÅRET 03/04. Laboration 3 3. Torsionssvängningar i en drivaxel

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

Laboration 4: Stora talens lag, Centrala gränsvärdessatsen och enkla punktskattningar

När man vill definiera en matris i MATLAB kan man skriva på flera olika sätt.

Modellering av Dynamiska system. - Uppgifter till övning 1 och 2 17 mars 2010

Matematisk analys för ingenjörer Matlabövning 2 Numerisk ekvationslösning och integration

Modellering av en Tankprocess

TANA17 Matematiska beräkningar med MATLAB för M, DPU. Fredrik Berntsson, Linköpings Universitet. 26 november 2015 Sida 1 / 28

Tentamen i Reglerteknik, för D2/E2/T2

m 1 =40kg k 1 = 200 kn/m l 0,1 =0.64 m u 0 =5.0 mm x p,1 = X 1 sin ωt + C 1 x p,2 = X 2 sin ωt + C 2,

Laboration 3: Stora talens lag, centrala gränsvärdessatsen och enkla punktskattningar

Svängningar. Innehåll. Inledning. Litteraturhänvisning. Förberedelseuppgifter. Svängningar

INLÄMNINGSUPPGIFT I. REGLERTEKNIK I för STS3 & X4

dx/dt x y + 2xy Ange även ekvationerna för de mot de stationära punkterna svarande linjariserade systemen.

Chalmers Tekniska Högskola och Mars 2003 Göteborgs Universitet Fysik och teknisk fysik Kristian Gustafsson Maj Hanson. Svängningar

REGLERTEKNIK Inledande laboration (obligatorisk)

Övningar till datorintroduktion

Laboration 4: Stora talens lag, Centrala gränsvärdessatsen och enkla punktskattningar

TSDT08 Signaler och System I Extra uppgifter

Laboration i tidsdiskreta system

Laboration: Grunderna i MATLAB

Övningsuppgifter till Originintroduktion

de uppgifter i) Under m-filerna iv) Efter samlade i en mapp. Uppgift clear clc Sida 1 av 6

TANA17 Matematiska beräkningar med Matlab

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Introduktion. Torsionspendel

Laboration Fuzzy Logic

TAIU07 Matematiska beräkningar med Matlab

Faltningsreverb i realtidsimplementering

Laboration 3: Stora talens lag, centrala gränsvärdessatsen och enkla punktskattningar

TMA226 datorlaboration

Envariabelanalys 5B1147 MATLAB-laboration Derivator

Fouriermetoder MVE295 - bonusuppgifter

KUNGL TEKNISKA HÖGSKOLAN INSTITUTIONEN FÖR MEKANIK Richard Hsieh, Karl-Erik Thylwe

Klimatscenarier för Sverige beräkningar från SMHI

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

SF1544 LABORATION 2 INTEGRATION, MONTE-CARLO OCH BLACK-SCHOLES EKVATION FÖR OPTIONER

Tentamen för kursen TME135 Programmering i Matlab för M1

Liten MATLAB introduktion

Signal- och bildbehandling TSBB03

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

TENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

Reglerteknik AK, FRTF05

SF1635, Signaler och system I

Tentamen i Mekanik II

Projekt 3: Diskret fouriertransform

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Inlämningsuppgift 4 NUM131

TMV036 Analys och linjär algebra K Kf Bt, del C

Lösningar till tentamen i Industriell reglerteknik TSRT07 Tentamensdatum: Martin Enqvist

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 2

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

Laboration 4. Numerisk behandling av integraler och begynnelsevärdesproblem

FMNF15 HT18: Beräkningsprogrammering Numerisk Analys, Matematikcentrum

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

Signalanalys med snabb Fouriertransform

TSBB14 Laboration: Intro till Matlab 1D

Tentamen TANA17 Matematiska beräkningar Provkod: DAT1 Godkänd: 9p av totalt 20p Hjälpmedel: MATLAB

TENTAMEN I TSRT19 REGLERTEKNIK

Högskolan i Skövde (SK, JS) Svensk version Tentamen i matematik Lösningsförslag till del I

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Tentamen i Systemteknik/Processreglering

TANA81: Simuleringar med Matlab

Laboration 1 i SF1544: Öva på Matlab och konstruera en optimal balk Avsikten med denna laboration är att:

Välkomna till Reglerteknik Föreläsning 2

Föreläsning 9, Bestämning av tidsdiksreta överföringsfunktioner

Inledning. Kapitel Bakgrund. 1.2 Syfte

Laboration 2: 1 Syfte. 2 Väntevärde och varians hos en s.v. X med fördelningen F X (x) MATEMATISK STATISTIK, AK FÖR BYGG, FMS 601, HT-08

STOCKHOLMS UNIVERSITET VT 2011 Avd. Matematisk statistik GB DATORLABORATION 1: TIDSSERIER.

Vetenskapsdagen 2016 SciLab för laborativa inslag i matematik eller fysik

Uppgift 1. Minimeringsproblemet löses med en Monte Carlo algoritm:

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

Kemisk Dynamik för K2, I och Bio2

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

Qucs: Laboration kondensator

PC-BERÄKNINGAR. REGLERTEKNIK Laboration 5 och inlämningsuppgift. Inlämningsdatum:... Inlämnad av labgrupp:... Gruppdeltagare:

LÄRARHANDLEDNING Harmonisk svängningsrörelse

LAB 3. INTERPOLATION. 1 Inledning. 2 Interpolation med polynom. 3 Splineinterpolation. 1.1 Innehåll. 3.1 Problembeskrivning

SF1905 Sannolikhetsteori och statistik: Lab 2 ht 2011

Uppgift 1 (vadå sortering?)

Tentamen i matematik. f(x) = 1 + e x.

TENTAMEN Reglerteknik 3p, X3

Transkript:

Tentamen i Miljö och Matematisk Modellering för TM Åk 3, MVE345 MVE345 24 maj 2012, 8.30-13.00 1. Ge exempel på en avklingningsfunktion för att beskriva en gas som bryts ner i atmosfären. Presentera också funktionen med en graf. Det räcker att göra ett punktutsläpp och visa hur utvecklingen därefter ser ut. Beskriv vad som illustreras. (3 p) 2. Kör modellen PPM-FRT genom att exekvera m-filen ModelGUI i MATLAB (med de andra modellfilerna i samma mapp). Denna mapp hittar du i \\file00.chalmers.se\home\torbjrn\m3. a) Kör modellen med klimatkänsligheten inställd på 3 respektive 4.5. Hur kommer det sig att temperaturförändringen, som visas i den genererade grafen, år 2000 i princip är identisk i de två olika fallen? (Ett tips är att kryssa ur funktionen Clear figures för att jämföra). b) Med hjälp av figurer som modellen genererar, visa på två olika fall där temperaturökningen skulle kunna stanna under två grader år 2100, även med bakgrundsscenariot RCP6***. Beskriv sedan ytterligare ett fundamentalt annorlunda sätt som skulle kunna leda till att vi uppnår tvågradersmålet för år 2100. (5 p) 3. Betrakta nedanstående mekaniska system som består av en fjäder med fjäderkonstant k och dämpare med viskositet η. Antag att systemet är masslöst och påverkas av en förskjutning x(t) som verkar som insignal, och att utsignalen y(t) är förskjutningen av punkten P från jämviktsläget. Antag vidare att systemet är i vila vid tiden t = 0. Bestäm systemets överföringsfunktion och beräkna numeriskt utsignalen om insignalen ges av datan i filen meksignal.m som också ligger i mappen \\file00.chalmers.se\home\torbjrn\m3. Denna fil har två kolumner med enheterna sekund respektive meter. Parametrarna till modellen är k = 5 N/m och η = 20 Ns/m. P x(t) η k Figur 1: En mekanisk uppställning med en dämpare med viskositet η och en fjäder med fjäderkonstant k. (6 p) Var god vänd! 1

4. Simulera adsorptionen av molekyler på en yta som består av tusen oberoende platser där molekylerna binds in på varje ledig plats med intensiteten pk a adsoptioner per plats per millisekund (där p är det partiella trycket och k a = 0.523 är adsorptionskoefficienten). De adsorberade molekylerna lossnar med intensiteten k d = 0.187 desorptioner per plats per millisekund. Jämför slutligen ditt simuleringsresultat, för partiella tryck mellan p = 0.01 och p = 1.0, med den klassiska Langmuirmodellen. (6 p) Skriv ned dina lösningar, lägg till eventuella grafer eller illustrationer och spara lösningarna i fyra separata pdf-filer: Uppgift1.pdf, Uppgift2.pdf, etc. Slutligen lämna in genom att gå in på Ping-pong och ladda upp filerna via en länk under Inlämningsuppgifter. Detta är enda gången det är tillåtet att gå ut på internet. Lycka till! Betygsgränser: 3:a 9 p, 4:a 13 p och 5:a 16 p. 2

Några lösningsskisser till tentamen i Miljö och Matematisk Modellering MVE345 24 maj 2012, 8.30-13.00 1. Avklingningsfunktion Vi kan tex använda MATLAB för att plotta en avklingande funktion på följande sätt (se också figurtexten för en förklaring): gaslifespan = 120; conversionfactorgas = 0.2; impulsegasemission= 500; pgas(1) = impulsegasemission*conversionfactorgas; for iyear=2:300 pgas(iyear) = pgas(iyear-1)*exp(-1/gaslifespan); end plot(pgas) Figur 1: Figuren illustrerar hur den ökade koncentrationen av en gas som bryts ner i atmosfären minskar med tiden efter det att den släpptes ut. Conversion factor används för att göra om från massa (Mt) utsläpp till koncentration (ppb). 2. a) Anledningen till det är att vi vet vilken temperaturserie som faktiskt har inträffat och så har vi i modellen anpassat den kylande effekten av vissa klimatpåverkande ämnen vars styrkor är mycket osäkra. På detta vis simulerar modellen historiken korrekt utan att gå utanför ramarna av osäkerheten kring hur stor klimatpåverkan är för olika ämnen. Detta kan man se genom att studera Total RF. För att se vilka ämnen det är så kan man kolla på Rad. forcings figurerna där det tydligt syns vilka ämnen modellen har anpassat Radiative Forcing efter för att de historiska temperaturserierna skall kunna stämma överens för olika nivåer av klimatkänslighet. b) Tvågraderstemperaturmålet kan nås med: (a) En låg klimatkänslighet. (b) Minskningar av klimatpåverkande ämnen med positivt bidrag. (c) Ökningar av klimatpåverkande ämnen med negativt bidrag. (d) Användning av tekniker för infångning och lagring av koldioxid. 1

Figur 2: Denna figur visar den historiska utvecklingen av temperaturen och Radiative Forcing för två olika värden på klimatkänslighet. Figur 3: Denna figur visar den historiska utvecklingen av olika Radiative Forcing bidrag (från olika klimatpåverkande ämnen) för två olika värden på klimatkänslighet. 2

3. Impulssvar: Kraften i fjädern ges enligt Hookes lag av F f = k(x y), där y mäts åt samma håll som x(t) åt vänster. Kraften på grund av dämparen är å sin sida proportionell mot hastigheten och ges av F d = ηẏ. Eftersom kraften i två seriella komponenter måste vara lika så har vi att ηẏ = k(x y), vilket leder till differentialekvationen η ẏ(t) + y(t) = x(t) (1) k Laplacetransformering och lite algebra ger överföringsfunktionen H(s) = Y (s) X(s) = 1 1 + ηs/k. (2) Inverstransformering (se tex Mathematicas funktion InverseLaplaceTransform) ger nu h(t) = k η e k η t (3) Genom att utnyttja faltningen y(t) = t x(t)h(t τ)dτ och göra en numerisk 0 approximation y(t) t x(t)h(t τ j ), (4) j där t = t/n och τ j = j t, fås följande lösning: 2.5 ut in 2 displacement 1.5 1 0.5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 tid Figur 4: Numerisk lösning med t = 0.1. 4. Generaliserad adsorption Vi simulerade genom att skapa en vektor v som har längd tusen och vars element, v j, har värdet noll respektive ett beroende på om platsen j är ledig eller upptagen. Vi tänker också att vi går igenom hela vektorn på en millisekund. Vi har då en adsorption till en bestämd ledig plats som är pk a = 0.523p och analogt blir en upptagen plats ledig med sannolikheten k d = 0.187. Detta kan tex åstadkommas i MATLAB med den centrala raden: v(j)=(1-v(j))*(rand<p*ka)+v(j)*(rand>kd); Vi kan nu iterera denna process många gånger, till exempel 1000 gånger, vilket ger en sluttid på en sekund. Vi kan sedan upprepa detta för partiella tryck p från 0.01 till 1.0 och plotta resultatet tillsammans med Langmuirs modell för K = k a /k d 2.797 och plotta Kp/(1 + Kp) med röda punkter; se figur??. 3

Figur 5: Simuleringen är den heldragna blåa kurvan och Langmuirs modell är plottad med de röda punkterna 4