Lektion 1. Bo Bernhardsson FRT130 Control Theory, Lecture 1

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

Föreläsning 1 Reglerteknik AK

Figur 2: Bodediagrammets amplitudkurva i uppgift 1d

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

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

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 2

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

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

Lösningar till Tentamen i Reglerteknik AK EL1000/EL1100/EL

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 4

TSIU61: Reglerteknik. Matematiska modeller Laplacetransformen. Gustaf Hendeby.

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

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik Y/D (TSRT12)

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

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

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 4

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

Reglerteknik I: F2. Överföringsfunktionen, poler och stabilitet. Dave Zachariah. Inst. Informationsteknologi, Avd. Systemteknik

REGLERTEKNIK KTH REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL1120

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 11

Reglerteknik AK, FRT010

Lösningsförslag TSRT09 Reglerteori

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 10

TSRT91 Reglerteknik: Föreläsning 10

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

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

Industriell reglerteknik: Föreläsning 2

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

TSIU61: Reglerteknik. Tillståndsbeskrivning. Lite om tillstånd och återkoppling

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Reglerteknik AK. Tentamen 9 maj 2015 kl 08 13

Lösningar Reglerteknik AK Tentamen

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Reglerteknik AK. Tentamen kl

Reglerteknik, TSIU61. Föreläsning 2: Laplacetransformen

TSIU61: Reglerteknik. Poler och nollställen Stabilitet Blockschema. Gustaf Hendeby.

INLÄMNINGSUPPGIFT I. REGLERTEKNIK I för STS3 & X4

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

Tentamen SF1633, Differentialekvationer I, den 23 oktober 2017 kl

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik (TSRT19)

Formelsamling i Automationsteknik FK

Transformer och differentialekvationer M3, 2010/2011 Ett par tillämpningar av Fourieranalys.

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

F08: Tillståndsåterkoppling, Styrbarhet, Integraldel i regulator

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna 15-18, 30/11-12/

Laplacetransform, poler och nollställen

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

ÖVNINGSTENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik fk M (TSRT06)

Formelsamling i Reglerteknik

Reglerteori. Föreläsning 3. Torkel Glad

1+v(0)kt. + kt = v(0) . Detta ger sträckan. x(t) = x(0) + v(0) = x(0) + 1 k ln( 1 + v(0)kt ).

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

TENTAMEN I REGLERTEKNIK TSRT03, TSRT19

Ordinära differentialekvationer

Formalia. Reglerteknik, TSRT12. Föreläsning 1. Första föreläsningen. Vad är reglerteknik?

Sammanfattning TSRT mars 2017

AB2.8: Laplacetransformation av derivator och integraler. Differentialekvationer

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 2

Kryssproblem (redovisningsuppgifter).

Lösningar Reglerteknik AK Tentamen

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

Välkomna till Reglerteknik Föreläsning 2

Blixtkurs i komplex integration

Lösningsförslag, Tentamen, Differentialekvationer och transformer II, del 2, för CTFYS2 och CMEDT3, SF1629, den 9 juni 2011, kl.

Läsanvisningar till kapitel 4

Teori för linjära ordinära differentialkvationer med konstanta koefficienter

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

Lösningsmetodik för FMAF01: Funktionsteori

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

Lösningsförslag, tentamen, Differentialekvationer och transformer II, del 1, för CTFYS2 och CMEDT3, SF1629, den 19 oktober 2011, kl. 8:00 13:00.

Cirkelkriteriet (12.3)

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

y(0) = e + C e 1 = 1

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

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

Transformer och differentialekvationer (MVE100)

( ), så kan du lika gärna skriva H ( ω )! ( ) eftersom boken går igenom laplacetransformen före

ERE103 Reglerteknik D Tentamen

Reglerteknik AK, FRTF05

Tentamen i Komplex analys, SF1628, den 21 oktober 2016

Reglerteori. Föreläsning 4. Torkel Glad

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

Lösningar till tentan i Automationsteknik FK

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

KTH Matematik Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633.

För ett andra ordningens system utan nollställen, där överföringsfunktionen är. ω 2 0 s 2 + 2ζω 0 s + ω0

TENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

TSIU61: Reglerteknik. Sammanfattning av kursen. Gustaf Hendeby.

Reglerteknik AK Tentamen

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

Föreläsning 10, Egenskaper hos tidsdiskreta system

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

Transkript:

Lektion 1 Kursinnehåll - kursprogram - schema Det praktiska - boken - idag sid 71-101 Mattebakgrund - Spannes Blixtkurs Laplacetransform AK 17 Koppling till tillståndsbeskrivning AK 18 Betoning av transienter och inverkan av initialtillstånd AKbakgrund - frekvenskurvor AK 27-39

Kursen framöver 28 jan Laplacetransform och Frekvenskurvor. 4 feb Argumentvariation, Nyquistteoremet, Bodes relationer 11 feb Stabilitet, robusthet, känslighetsfunktionen v7 INLäMNING 1: Laplacetransform och Frekvenskurvor. 18 feb Koordinatbyte i tillståndsrummet, nollställen, tillståndsåterkoppling, observerare 25 feb Styrbarhet och observerbarhet, Kalmans uppdelningssats 3 mar Linjära avbildningar och minsta-kvadrat-problem v10 INLäMNING 2: Tillståndsbeskrivningar Redovisning INL1: v7(?) Ingen redovisning INL2

Mattebakgrund - Spannes Blixtkurs C f(z)dz, C : {z(t), t [a, b]}, b återför på flerdim a f(z) dz dt dt, f(z) = 1 z a, C : {z(t) = a + reit, t [0, 2π]}, enda exemplet f(z) analytisk, sluten kurva, Cauchys integralsats, olika vägar lika, deformation av integrationsväg f(z) C z a dz = f(a)2πi, Cauchys integralformel {z k } n 1 poler innanför C till f(z), C = C 1 + + C n, Res z=zi f(z) = 1 2πi C i f(z)dz, residuekalkyl

Laplacetransform Dubbelsidig/enkelsidig - Kausala system Definitionsremsa. Olika för olika signaler? Överföringsfunktion. Oberoende av insignal? Enkelsidig plus analytisk fortsättning Klarar även instabila system

Laplacetransform - definition - konvergens Dubbelsidig: Betrakta tidsfunktioner f(t), < t < F (s) = (L II f)(s) = e st f(t)dt Konvergerar i remsa Ω : α < Re s < β, F (s) analytisk i Ω. f(t)e αt 0, t, och f(t)e βt 0, t. Tex α < 0 och β > 0 kräver exp. konvergens t, och t. Enkelsidig: Betrakta tidsfunktioner f(t), 0 t < F (s) = (L I f)(s) = 0 e st f(t)dt Konvergerar i halvplan Ω : α < Re s, F (s) analytisk i Ω. f(t)e αt 0, t, dvs α > 0 tillåter f(t), t.

Laplacetransform - kausalitet Observera att L I df dt = sf (s) f(0) Viktfunktion t t y(t) = h(t τ)u(τ)dτ = h(τ)u(t τ)dτ 0 0 h(τ), 0 τ < G(s) = (L I h)(s) Y (s) = G(s)U(s)

Laplacetransform - exempel Alltså T f(t) = e 2t, t 0, F = L{f}, F (s) = lim e 2t e st dt T 0 [ ] 1 T F (s) = lim T 2 s e(2 s)t 0 lim T e(2 s)t = 0, Re s > 2 F (s) = 1 s 2, Re s > 2 = 1 { } 2 s lim e (2 s)t 1 T Utvidga def-området med analytisk fortsättning till C {s = 2}, enda möjliga funktionen.

Transienter och initialtillstånd ẋ = Ax + Bu x(0) = x 0 y = Cx + Du Laplacetransformering ger sx(s) x 0 = AX(s) + BU(s) X(s) = (si A) 1 (BU(s) + x 0 ) Y = [C(sI A) 1 B + D] U(s) + C(sI A) 1 x 0 }{{} G(s)

Exempel: Sinus in och inverkan av initialtillstånd ẋ = x + u x(0) = x 0 u(t) = sin t ger efter Laplacetransformering sx(s) x(0) = X(s) + U(s) U(s) = 1 s 2 + 1 Här kan X lösas ut: X(s) = 1 s + 1 (U(s) + x 0) = 1 = 0.5 0.5s s 2 + 1 Inverstransformering ger + 0.5 + x 0 s + 1 s + 1 ( 1 ) s 2 + 1 + x 0 x(t) = 1 2 sin t 1 2 cos t + (x 0 + 1 2 )e t

Laplacetransform i Matlab (eller Maple) >> s=tf( s ) >> G = (1-s)/(sˆ2+s+1) G = -s + 1 ----------- sˆ2 + s + 1 >> step(g)

Laplacetransform i Matlab (eller Maple) >> clear s >> syms s t x0 >> ilaplace((1-s)/(sˆ2+s+1)) ans = -exp(-t/2)*(cos((3ˆ(1/2)*t)/2) - 3ˆ(1/2)*sin((3ˆ(1/2)*t)/2) >> ilaplace((0.5-0.5*s)/(sˆ2+1) + (0.5+x0)/(s+1)) ans = sin(t)/2 - cos(t)/2 + exp(-t)*(x0 + 1/2) >> latex(ans) ( ) sin(t) 2 cos(t) 2 + e t x0 + 1 2

Begynnelse- och Slutvärdessatserna Begynnelsevärdessatsen. Antag att f är kausal och att Laplacetransformen F är rationell strikt proper. Då är lim f(t) = lim sf (s) t +0 s + Slutvärdessatsen. Antag att f är kausal med rationell Laplacetransform F. Om alla poler till sf (s) har negativ realdel, så är lim f(t) = lim sf (s) t + s +0 Bevisskiss för rationella F (s): Sant om F (s) = (s p) k. Använd partialbråksuppdelning av F (s).

Bevis av (lite mer generell) slutvärdessats

En kloss glider enligt Glidande kloss - Var stannar den? ÿ(t) + cẏ(t) = 0 (1) med startläge y(0) = a och hastighet ẏ(0) = b. Bestäm lim t y(t)! Laplacetransformering av (1) ger 0 = s 2 Y (s) sy(0) ẏ(0) + c[sy (s) y(0)] Y (s) = Slutvärdesteoremet ger sy(0) + ẏ(0) + cy(0) s 2 + cs sy(0) + ẏ(0) + cy(0) lim y(t) = lim sy (s) = lim t s +0 s +0 s + c ẏ(0) + cy(0) = = b c c + a

Rötter - Stabilitet Lösningar till diff. ekvationen y n + a 1 y n 1 +... + a n 1 y + a n y = 0 Kar. polynom a(s) = s n + a 1 s n 1 +... + a n 1 s + a n = 0 Om a(α) = 0 så är y(t) = Ce αt en lösning till diff. ekvationen Allmän lösning y(t) = k C k (t)e α kt Om α k rot multiplicitet m så C k polynom av gradtal m 1 y(t) 0 om alla rötter ligger i öppna vänstra halvplanet

Egenvärden - Stabilitet G(s) = C(sI A) 1 B = Egenvärden: det(si A) = 0. 1 Cadj(sI A)B det(si A) [ ] θ1 = v θ 2 [ 2 0 1 1 Hur beror egenvärdena på hastigheten v? ] [ ] θ1 + v θ 2 [ ] 2 u 0

AKbakgrund Frekvenskurvor Frekvenskurvor u(t) = sin ωt, y(t) = A(ω) sin(ωt + ϕ(ω)) A(ω) = G(iω), ϕ(ω) = arg G(iω) Representation av G(s) och G(iω) Nyquistdiagram - komplexa talet G(iω) Bodediagram G(iω) och arg G(iω) G = G 1 G 2 G 3 G 4...

Värmeledande stav Temperaturen i en värmeledande stav beskrivs av z t = κ 2 z 2 x där κ är den termiska diffusiviteten. Med Laplacetransformen Z(s, x) = e st z(t, x)dt 0 kan ekvationen skrivas sz = κ d2 Z dx 2 med lösningen Z(s, x) = Ae x s/κ + Be x s/κ. För en oändligt lång stav med ändlig tempertur måste B = 0. Temperaturen y(t) i punkten x = a ges då av Y (s) = e a s/κ U(s) där U(s) är Laplacetransformen av ändpunktstemperaturen u(t).

Kursen framöver 28 jan Laplacetransform och Frekvenskurvor. 4 feb Argumentvariation, Nyquistteoremet, Bodes relationer 11 feb Stabilitet, robusthet, känslighetsfunktionen v7 INLäMNING 1: Laplacetransform och Frekvenskurvor. 18 feb Koordinatbyte i tillståndsrummet, nollställen, tillståndsåterkoppling, observerare 25 feb Styrbarhet och observerbarhet, Kalmans uppdelningssats 3 mar Linjära avbildningar och minsta-kvadrat-problem v10 INLäMNING 2: Tillståndsbeskrivningar Redovisning INL1: v7(?) Ingen redovisning INL2