TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

Relevanta dokument
TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN Reglerteknik 3p, X3

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN Reglerteknik 4.5hp X3

TENTAMEN Reglerteknik 4.5hp X3

ÖVNINGSTENTAMEN Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

TENTAMEN Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

1RT490 Reglerteknik I 5hp Tentamen: Del B

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

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

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

TENTAMEN: DEL A Reglerteknik I 5hp

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

Lösningar till tentamen i Reglerteknik I 5hp (a) Statiska förstärkningen = (0), och ( )= [ ( )].

Reglerteknik AK. Tentamen kl

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

TENTAMEN I REGLERTEKNIK

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

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

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

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

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

ÖVNINGSTENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

TENTAMEN I TSRT19 REGLERTEKNIK

Reglerteknik AK. Tentamen 27 oktober 2015 kl 8-13

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

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

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik (TSRT19)

REGLERTEKNIK, KTH. REGLERTEKNIK AK EL1000, EL1110 och EL1120

Reglerteknik AK, FRTF05

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Fjärde upplagan och tredje upplagan (båda 2006)

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Reglerteknik AK, FRT010

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

Reglerteknik Grundläggande teori Torkel Glad och Lennart Ljung En jämförelse mellan andra upplagan (1989) och tredje upplagan (2006)

TENTAMEN I REGLERTEKNIK TSRT03, TSRT19

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

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

Reglerteknik AK. Tentamen 9 maj 2015 kl 08 13

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

ERE103 Reglerteknik D Tentamen

Lösningar till Tentamen i Reglerteknik AK EL1000/EL1100/EL

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Reglerteknik AK. Tentamen 16 mars 2016 kl 8 13

Tentamen i Systemteknik/Processreglering

TENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

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

Övningar i Reglerteknik

TENTAMEN I REGLERTEKNIK I

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 7

Reglerteknik AK, FRTF05

TENTAMEN REGLERTEKNIK TSRT15

TENTAMEN I TSRT09 REGLERTEORI

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

A

TENTAMEN I TSRT91 REGLERTEKNIK

Lösningar Reglerteknik AK Tentamen

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

ERE 102 Reglerteknik D Tentamen

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Lösningsförslag till tentamen i Reglerteknik Y/D (TSRT12)

TENTAMEN I REGLERTEKNIK Y/D

TENTAMEN I TSRT22 REGLERTEKNIK

INLÄMNINGSUPPGIFT I. REGLERTEKNIK I för STS3 & X4

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik M Föreläsning 8

Figur 2: Bodediagrammets amplitudkurva i uppgift 1d

Transkript:

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp Tid: Fredag 25 oktober 2013, kl. 13.00-16.00 Plats: Magistern Ansvarig lärare: Hans Norlander, tel. 018-4713070. Hans kommer och svarar på frågor ungefär kl 14.30. Tillåtna hjälpmedel: Kursboken (Glad-Ljung), miniräknare, Laplace-tabell och matematisk formelsamling. Skrivningen består av två delar, del A och del B. För att bli godkänd på skrivningen krävs att man är godkänd på del A. Del B är frivillig och ges endast vid ordinarie tentatillfällen (vid respektive kurstillfällen.) Preliminära betygsgränser: Betyg 3: Godkänt på del A Betyg 4: Godkänt på del A och minst 10 poäng på del B (inkl. bonuspoäng) Betyg 5: Godkänt på del A och minst 18 poäng på del B (inkl. bonuspoäng) OBS: Svar och lösningar lämnas in på separata papper. Endast en uppgift per ark. Skriv din tentakod på varje ark. Lösningarna ska vara tydliga och väl motiverade (om inget annat anges). Avläsningar ur diagram behöver inte vara exakta. LYCKA TILL!

Uppgift 1 Man vill styra varvtalet på en elektrisk maskin, som beskrivs som ( ) = ( )Í( ), där insignalen Ù är spänningen man lägger över ingången, och utsignalen Ý är varvtalet i antalet varv per sekund. Nedan visas Bodediagrammet för maskinen. 0 10 0 30 60 belopp 10 1 fas ( o ) 90 120 150 10 2 10 1 10 0 10 1 ω (rad/s) 180 10 1 10 0 10 1 ω (rad/s) Man styr genom återkoppling från reglerfelet, Í( ) = ( )( Ö ( ) ( )) (a) För att helt eliminera reglerfelet i stationäritet vill man ha integralverkan i regulatorn. Man prövar först med en rent integrerande regulator, ( ) = Ã. Vad är då den högsta skärfrekvens man kan få om man vill ha fasmarginalen ³ Ñ 50 Æ? (2p) (b) Konstruera en regulator ( ), med integralverkan, och sådan att det slutna systemet blir tjugo gånger så snabbt som i (a), och att fasmarginalen är ³ Ñ 50 Æ. (3p) Uppgift 2 Ange för vart och ett av följande påståenden ifall det är sant eller falskt. har identiska beloppkur- (a) Tidsfördröjningen Ì och allpassfiltret Ì +2 Ì +2 vor i Bodediagrammet. (b) Tillståndsbeskrivningen Ü(Ø) = Ü(Ø) + Ù(Ø), Ý(Ø) = Ü(Ø) är en minimal realisation för systemet ( ) = +1 2 +2 +1 Í( ). (c) Alla minimala realisationer är insignal-utsignalstabila. (d) Alla insignal-utsignalstabila system är minfassystem. (e) Alla asymptotiskt stabila tillståndsmodeller är insignal-utsignalstabila. Varje rätt svar ger +1 poäng och varje felaktigt svar ger -1 poäng (och utelämnat svar ger noll poäng). Totalt ger dock uppgiften minst 0 poäng. Ingen motivering behövs enbart svaren sant och falskt kommer att beaktas. (5p) 1

Uppgift 3 Ett system bestående av tre seriekopplade vattentankar ska styras se figuren nedan. Man vill reglera nivån i den understa tanken. En enkel modell, som beskriver avvikelsen från en arbetspunkt, är 1 ( ) = 1 + 1 Í( ) 2( ) = 1 + 1 1( ) ( ) = 3 ( ) = 1 + 1 2( ) där Ü 1, Ü 2 och Ü 3 är nivåerna i tankarna, uppifrån och ner, insignalen Ù är inflödet till den översta tanken och utsignalen Ý är nivån i den understa tanken. (a) Ställ upp tillståndsmodellen för systemet, med tillståndsvektorn Ü = Ü1 Ü 2 Ü 3 Ì. (2p) (b) Är tillståndsmodellen i (a) en minimal realisation? (1p) (c) När man styr systemet med proportionell återkoppling, Ù = Ã(Ý Ö Ý) med à 0, blir det slutna systemet stabilt för à à 1 och instabilt för à à 1. För à = à 1 uppstår en sjävsvängning med vinkelfrekvensen 1. Bestäm à 1 och 1. (2p) Uppgift 4 Känslighetsfunktionerna Ë( ) och Ì ( ) har båda flera innebörder/tolkningar för ett återkopplat system. Anta att systemet ( ) = ( )Í( ) + Î ( ) återkopplas med Í( ) = ( )( Ö ( ) ( )) Här är Ú en störning. ( ) väljs så att slutna systemet är stabilt. (a) För ett visst val av ( ) blir Ý(Ø) = sin(ø 2) då Ý Ö (Ø) = sin Ø och Ú(Ø) = 0 (då alla transienter dött ut). Vad blir då Ý(Ø) när Ý Ö (Ø) = 0 och Ú(Ø) = sin Ø? Ledning: Vad blir Ë( ) + Ì ( )? (3p) (b) Låt Å Ì = max Ì ( ). Med en viss regulatordesignmetod kan man få Å Ì att anta ett önskat värde, d.v.s. man kan därigenom själv välja vad maxvärdet av Ì ( ) ska bli. Anta att det verkliga systemet har överföringsfunktionen 0 ( ) = ( )(1 + ( )), och att man vet att ( ) 0 8 för alla. Vad bör man då välja Å Ì till ifall man vill kunna garantera stabiliteten för det verkliga slutna systemet? (2p) 2

Lösningar till tentamen i Reglerteknik I 5hp, del B 2013-10-25 1. (a) Med den integrerande regulatorn blir kretsförstärkningen Ó ( ) = ( ), och därmed Ã Ó ( ) = à ( ) à arg Ó ( ) = arg + arg ( ) = 90 Æ + arg ( ) Här är ( ) och arg ( ) kända från Bodediagrammet. För att få ³ Ñ 50 Æ krävs att arg Ó ( ) 130 Æ, vilket här innebär att arg ( ) 40 Æ. Bodediagrammet ger att arg ( ) 40 Æ för 0 7 rad/s. Alltså är den högsta möjliga skärfrekvensen = 0 7 rad/s. (b) Tjugo gånger så snabbt µ välj = 20 0 7 = 14 rad/s. Vi vill också ha ³ Ñ 50 Æ, och integralverkan i regulatorn. Från Bodediagrammet får vi ( 14) = 0 09 och arg ( 14) = 146 Æ Regulatorn måste alltså skjuta till 16 Æ för att få ³ Ñ = 50 Æ. Därför använder vi ett leadfilter, och integralverkan fixar vi med ett lagfilter med = 0. För att kompensera för lagfiltrets negativa fasbidrag låter vi leadfiltret skjuta till 16 Æ + 6 Æ = 22 Æ vid = 14 rad/s. Fig. 5.13 µ välj = 0 45. Välj så att leadfiltrets maxfas inträffar vid önskade skärfrekvensen: = 1 Ô = 1 14 Ô = 0 1065. Slutligen väljs à så att 0 45 = 14 rad/s verkligen blir skärfrekvens: 1 = Ð ( ) Ð ( ) ( ) = Ã Ô ( ) Leadfiltret blir då à = Ô ( ) = Ð ( ) = à + 1 + 1 = 7 45 0 1065 + 1 0 45 0 1065 + 1 Ô 0 45 0 09 = 7 45 I lagfiltret väljer vi = 0 för att få integralverkan, och enligt tumregeln väljer vi Á = 10 = 10 = 0 71. Lagfiltret blir då 14 Ð ( ) = Á + 1 Á + = 0 71 + 1 0 71 och den totala regulatorn är ( ) = Ð ( ) Ð ( ). 2. (a) Sant (ty Ì = Ì + 2 Ì + 2 = 1); (b) Sant (ty +1 = 1.); (c) Falskt (motexempel: Ü = Ü + Ù, Ý = Ü är instabilt.); (d) 2 +2 +1 +1 Falskt (motexempel: stabila systemet ( ) = +1 har nollställe i HHP.); +1 1

(e) Sant (Res. 8.6-7.) 3. (a) För Ü 1 gäller ( + 1) 1 ( ) = Í( ) 1 ( ) = 1 ( ) + Í( ) Ä 1 µ Ü 1 = Ü 1 + Ù Samma gäller även för Ü 2 och Ü 3, vilket ger oss ¾ ¾ Ü 1 = Ü 1 + Ù 1 0 0 1 Ü 2 = Ü 1 Ü 2 Ü = 1 1 0 Ü + 0 Ù Ü 3 = Ü 2 Ü 3 0 1 1 0 Ý = Ü 3 Ý = 0 0 1 Ü (b) Minimal realisation både styrbart och observerbart (Res. 8.11). Styrbarhets- och observerbarhetsmatriserna blir här ¾ ¾ ¾ Ë = 2 1 1 1 0 0 1 = 0 1 2 Ç = = 0 1 1 0 0 1 2 1 2 1 Både Ë och Ç har full rang och systemet är därför både styrbart (Res. 8.8) och observerbart (Res. 8.9). Alltså är det en minimal realisation. (c) Det gäller att ( ) = 1 Í( ), och med Í( ) = Ã( ( +1) 3 Ö ( ) ( )) blir kretsförstärkningen Ó ( ) = Ã. Det slutna systemet blir ( ) = ( +1) 3 Ó( ) 1+ Ó( ) Ö ( ), och dess poler ges av 0 = 1 + Ó ( ), vilket här blir 0 = 1 + à ( + 1) 3 0 = ( + 1) 3 + à = 3 + 3 2 + 3 + 1 + à Stabiliteten kan t.ex. undersökas med Rouths algorithm: 1 3 0 3 1 + à 0 1+à 3 0 3 1 + à 1+à För stabilitet krävs att 3 0 och att 1 + à 0. Här vet vi dock 3 att à 0 så stabilitetsvillkoret blir 9 (1 + Ã) 0 à 8. Alltså är à 1 = 8. Självsvängning uppstår pga. poler på Im-axeln, i 1 (där ju 1 är självsvängningens vinkelfrekvens). För att undersöka detta sätter vi = : 0 = ( ) 3 + 3( ) 2 + 3( ) + 1 + à = 1 + à ßÞ 3 Ð 2 + (3 2 ) ßÞ Ð realdel imaginärdel Både realdelen och imaginärdelen måste vara noll µ 3 2 1 = 0, dvs. 1 = Ô 3 rad/s. 2

4. (a) Vid återkoppling från reglerfelet, som här, blir det slutna systemet ( ) = Ó( ) 1 + Ó ( ) 1 Ö ( ) + 1 + Ó ( ) Î ( ) = Ì ( ) Ö ( ) + Ë( )Î ( ) Sinus in sinus ut ger att då att och då Ý Ö (Ø) = sin Ø och Ú(Ø) = 0 µ Ý(Ø) = Ì ( ) sin(ø + arg Ì ( )) Ú(Ø) = sin Ø och Ý Ö (Ø) = 0 µ Ý(Ø) = Ë( ) sin(ø + arg Ë( )) Vi vet att Därför är Ì ( ) = 1 och arg Ì ( ) = 2 Ì ( ) = Ë( ) = 1 Ì ( ) = 1 + µ Ë( ) = Ô 2 och arg Ë( ) = 4 Alltså blir Ý(Ø) = Ô 2 sin(ø + 4). (b) Res. 6.2 µ om Ì ( ) är stabil och om Ì ( ) 1 ( ) för alla så är slutna systemet garanterat stabilt. Alltså bör man se till att Å Ì 1 0 8 = 1 25. 3