SIE30AR Ulineær bevegelsestyring - Servoteknikk Løsningsforslag til øving 11: Passivitet

Like dokumenter
LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FAG SIF5045 NUMERISK LØSNING AV DIFFERENSIALLIGNINGER

Løsningsforslag MAT 120B, høsten 2001

Nå er det på tide å se hvordan dette fungerer i praksis. Vi skal beregne et par Laplacetransformer som vi får mye bruk for senere.

dg = ( g P0 u)ds = ( ) = 0

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

Eksamen i TMA4180 Optimeringsteori Løsningsforslag.

Eksamen i ELE Matematikk valgfag Torsdag 18. mai Oppgave 1

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

Lineære diffligning(ssystem)er i ECON 4140 V2017: Hva er pensum, hva er forelest, og hva er vesentlig.

Eksamen i emnet M117 - Matematiske metodar Mandag 29. mai 2000, kl Løysingsforslag:

OPPGAVE 1 LØSNINGSFORSLAG

Løsningsforslag Dataøving 2

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2017

MAT Prøveeksamen 29. mai - Løsningsforslag

EKSAMEN I TMA4180 OPTIMERINGSTEORI

a) Bruk en passende Gaussflate og bestem feltstyrken E i rommet mellom de 2 kuleskallene.

NORMALFORDELINGER, KOVARIANSMATRISER OG ELLIPSOIDER

MA1201/MA6201 Høsten 2016

Løysingsforslag (Skisse) Eksamen FY3452 Gravitasjon og Kosmologi Våren 2007

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA0002, VÅR 09

Løsningsforslag øving 4

EKSAMEN I MA0002 Brukerkurs B i matematikk

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

(t) = [ 2 cos t, 2 sin t, 0] = 4. Da z = 2(1 + t) blir kurva C en helix/ei skruelinje på denne flata (se fig side 392).

Løsning til øving 17 for FY1004, våren 2008

MA2401 Geometri Vår 2018

5.8 Iterative estimater på egenverdier

MA2401 Geometri Vår 2018

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

MA2401 Geometri Vår 2018

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

LP. Kap. 17: indrepunktsmetoder

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

Eksamen i Klassisk feltteori, fag TFY 4270 Onsdag 26. mai 2004 Løsninger

Eksamen i Elektronikk 24. Mai Løsningsforslag Knut Harald Nygaard

Computer Problem 1 TTK 4190 NavFart

LØSNINGSSKISSE TIL EKSAMEN I FAG SIF august 2001

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

KONTINUASJONSEKSAMEN Tirsdag STE 6159 Styring av romfartøy Løsningsforslag

TMA4115 Matematikk 3 Vår 2012

NTNU. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 12. Avsnitt Ved Taylors formel (med a = 0) har vi at. 24 For x < 0 har vi at

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

,QQOHGQLQJ 3-1/ )DJ 67( 6W\ULQJ DY URPIDUW \ / VQLQJVIRUVODJ WLO YLQJ

UNIVERSITETET I OSLO

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

Contents. Oppgavesamling tilbakekobling og stabilitet. 01 Innledende oppgave om ABC tilbakekobling. 02 Innledende oppgave om Nyquist diagram

EKSAMEN BOKMÅL STEMMER. DATO: TID: OPPG. SIDER: VEDLEGG: 3 desember :00-13: FAGKODE: IR Matematikk 1

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

Eksamen i SIF5036 Matematisk modellering Onsdag 12. desember 2001 Kl

TMA4135 Matematikk 4D Høst 2014

FYS Elektronikk med prosjektoppgaver Vår Løsningsforslag uke 9

LØSNINGSFORSLAG TIL SIGNALBEHANDLING 1 JUNI 2010

Løsningsforslag til eksamen i SIF4072 KLASSISK FELTTEORI Onsdag 28. mai 2003

Løsningsforslag til øving 1

LABORATORIEØVELSE C FYS LINEÆR KRETSELEKTRONIKK 1. TILBAKEKOBLING AV 2-ORDENS SYSTEM 2. KONTURANALYSE OG NYQUISTDIAGRAMMER

Løsningsforslag øving 6

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN, MAT 1001, HØSTEN (x + 1) 2 dx = u 2 du = u 1 = (x + 1) 1 = 1 x + 1. ln x

HØGSKOLEN I BERGEN Avdeling for ingeniørutdanning

TMA4105 Matematikk2 Vår 2008

OPPGAVESETT MAT111-H17 UKE 39. Oppgaver til seminaret 29/9

= (2 6y) da. = πa 2 3

LØSNING TIL KONTINUASJONSEKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

TFY4160 Bølgefysikk/FY1002 Generell Fysikk II 1. Løsning Øving 2. m d2 x. k = mω0 2 = m. k = dt 2 + bdx + kx = 0 (7)

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

y = x y, y 2 x 2 = c,

Løsningsforslag eksamen inf 1410 våren 2009

Løsningsforslag, eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

Fourier-Transformasjoner II

TFY4115: Løsningsforslag til oppgaver gitt

Løsningsforslag eksamen INF3480 vår 2011

Randkurva C til flata S orienteres positivt sett ovenfra, og kan parametriseres ved: r (t) = [ sin t, cos t, sin t] dt, 0 t 2π.

EKSAMEN I NUMERISK MATEMATIKK(TMA4215) Lørdag 20. desember 2003 Tid: 09:00 14:00, Sensur:

Løysingsframlegg TFY 4305 Ikkjelineær dynamikk Haust 2011

UNIVERSITETET I OSLO

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I KOMPLEKS ANALYSE

UNIVERSITY OF OSLO. Faculty of Mathematics and Natural Sciences. Matlab-utskrift (1 side).

Oppgave 1.1. Den første er en klassiker. Studer figur A4.1 i vedlegg 1. Finn overføringsfunksjonen ved hjelp av manuelle, grafiske metoder.

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TEP4145 KLASSISK MEKANIKK Mandag 21. mai 2007 kl Løsningsforslaget er på i alt 9 sider.

NTNU. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 5. Avsnitt Vi vil finne dx ( cos t dt).

UNIVERSITETET I OSLO

Flervalgsoppgave. Arbeid og energi. Energibevaring. Kollisjoner REP Konstant-akselerasjonslikninger. Vi har sett på:

KORT INTRODUKSJON TIL TENSORER

Integraler. John Rognes. 15. mars 2011

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 8. juni 2007 kl

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Lørdag 5. juni Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

Løsninger for eksamen i MAT Lineær algebra og M102 - Lineær algebra, fredag 28. mai 2004, Oppgave 1. M s = = 1 2 (cofm 2) T.

Ny/Utsatt eksamen i Elektronikk 2. August Løsningsforslag Knut Harald Nygaard

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1002 BØLGEFYSIKK Mandag 10. desember 2007 kl

Eksamen i emnet M117 - Matematiske metodar Onsdag 7. september 2001, kl Løysingsforslag:

Dato: Tirsdag 28. november 2006 Lengde på eksamen: 4 timer Tillatte hjelpemidler: Kun standard enkel kalkulator, HP 30S

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Side av 5 fra matriseteori har vi at en symmetrisk matrise alltid er ortogonalt diagonaliserbar. Det vil si at X kan skrives på formen X = M M (6) der

INF L4: Utfordringer ved RF kretsdesign

e x = 1 + x + x2 2 + R 2(x), = e 3! ( 1) n x n = n! n=0 y n+1 = y 0 + f(t, y n (t)) dt 1 dt = 1 + x (1 + t) dt = 1 + x x2

10 6 (for λ 500 nm); minste størrelse av

Transkript:

SIE3AR Ulineær bevegelsestyring - Servoteknikk Løsningsforslag til øving 11: Passivitet u u 1 H 1 y 1 y y H u Figure 1: To systemer i tilbakekobling 1 Fra Figur 1 kandet sees at u = u 1 + y y = y 1 = u Ved å benytte definisjonen av strengt passivt system (Korollar 5.1 fra boken), kan det sees at Skriver så om ulikheten hvor yu = y (u 1 + y )=u 1 y 1 + u y V 1 + δ 1 u 1 + g 1 + V + δ u + g V 1 + V + g 1 + g + δ y V yu δy g (1) V = V 1 + V () δ = δ g = g 1 + g Fra (1) og () kan det konkluderes med at et system bestående av to passive delsystemer i tilbakekobling er passivt (δ =), mens et system bestående av to strengt passive delsystemer i tilbakekobling er y-strengt passivt. 1

u 1 H 1 y 1 u y u H y Figure : To systemer i parallell Fra Figur kan det sees at u = u 1 = u y = y 1 + y Ved å benytte definisjonen av strengt passivt system (Korollar 5.1 fra boken), kan det sees at Skriver så om ulikheten hvor yu = (y 1 + y ) u = y 1 u 1 + y u V 1 + δ 1 u 1 + g 1 + V + δ u + g = V 1 + V +(δ 1 + δ ) u + g 1 + g V yu δu g (3) V = V 1 + V (4) δ = δ 1 + δ g = g 1 + g Fra (3) og (4) kan det konkluderes med at et system bestående av to passive delsystemer i tilbakekobling er passivt (δ =), mens et system bestående av to strengt passive delsystemer i tilbakekobling er strengt passivt. (a) passivt hvis begge delsystemene er passive (b) strengt passivt hvis begge delsystemene er strengt passive. 3 (a) L -normen til et signal x(t) er definert ved kxk = hx, xi 1 = µz 1 x (t)dt

(b) 4 (a) Lagringsfunksjonen er gitt av Deriverer denne og finner x 1,x L Z kx 1 + x k = (x 1 (t)+x (t)) dt Z = x 1 (t)+x 1 (t)x (t)+x (t) dt Z x 1 (t)+x (t) dt = kx 1 k + kx k < (siden x 1,x L ) x 1 + x L V = 1 qt M (q) q + P (q) V = 1 qt M(q) q + 1 qt M(q) q + 1 qt Ṁ(q) q + P (q) Benytter så følgende = q T M(q) q + 1 qt Ṁ(q) q + P (q) = q T ( C(q, q) q D q g(q)+u)+ 1 qt Ṁ(q) q + P (q) = q T D q + q T u q T C(q, q) q + 1 qt Ṁ(q) q q T g(q)+ P (q) = q T D q + u T q + 1 ³Ṁ(q) qt C(q, q) q + P (q) q T g(q) q T D q q T ³Ṁ(q) C(q, q) q = P P (q) (q) = q = q T g(q) q q = y Den deriverte av lagringsfunksjonen kan nå skrives hvilket viser at avbildingen er passiv. V u T y (5) 3

(b) Ved å benytte regulatoren u = K d q + v, der K d er en positiv definitt diagonal konstant matrise (K d = diag{k d1,k d,k d3 }), såkanulikheten(5)skrivessom V u T y = ( K d q + v) T q = q T K d q + v T q +v T q λ min (K d ) q T q hvilket viser at systemet er y-strengt passivt med v som inngang og q som utgang. (c) Lagringsfunksjonen V (q, q) = 1 qt M (q) q + P (q) er positiv definitt, da M (q) og P (q) er positiv definitt. Fra oppgave (b) kan det sees at ved å benytte regulatoren u = K d q, så kan den deriverte av lagringsfunksjonen skrives som V λ min (K d ) q T q hvor λ min (K d )=min{k d1,k d,k d3 }. Ettersom den deriverte av lagringsfunksjonen er negativ semidefinitt i (q, q) benyttes LaSalles teorem V = q = q = g(q) = q = 5 Eulers ligninger for et roterende romfartøy er gitt ved J 1 ω 1 = (J J 3 )ω ω 3 + u 1 J ω = (J 3 J 1 )ω 1 ω 3 + u J 3 ω 3 = (J 1 J )ω 1 ω + u 3 der ω i er komponentene til rotasjonhastigheten, J i er treghetsmomentet om akse nr i, og u i er pådraget (dvs moment) om akse nr i. (a) Definerer K = diag{k 1,k,k 3 } u = [u 1,u,u 3 ]T v = [v 1,v,v 3 ] T u = Kω + v Benytter lagringsfunksjonen V = 1 J1 ω 1 + J ω + J 3 ω 3 4

til å analysere systemet. Deriverer så lagringsfunksjonen V = J 1 ω 1 ω 1 + J ω ω + J 3 ω 3 ω 3 = ((J J 3 )+(J 3 J 1 )+(J 1 J )) ω 1 ω ω 3 + ω 1 u 1 + ω u + ω 3 u 3 (6) = ω T u (7) = ω T Kω + ω T v (8) v T ω k min ω T ω (9) hvor k min =min{k 1,k,k 3 } Fra ligning (9) kan det sees at avbildingen v ω er utgang-strengt passivt (ystrengt passiv) med g(t) =. For å vise L stabilitet, undersøkes det generelle y-strengt passive uttrykket Ẇ u T y δy T y (1) hvor δ er en positiv konstant og Ẇ er den deriverte av en positiv semidefinitt lagringsfunksjon (problemstilling identisk med (9)). Benytter så at u T u δy T y = 1 δ (u δy)t (u δy)+ 1 δ ut u δ yt y 1 δ ut u δ yt y hvor dette settes inn i den ulikheten (1) Ẇ 1 δ ut u δ yt y Denne ulikheten omformuleres slik at venstre side representerer indreprodktet til utgangen y y T y 1 δ ut u δ Ẇ Integrerer så ulikheten fra til T Z T Z T µ 1 y T ydτ δ ut u δ Ẇ dτ = 1 Z T δ u T udτ Z T Ẇdτ δ = 1 Z T δ u T udτ (W (τ) W ()) δ 1 Z T δ u T udτ + W () (11) δ hvordeterbenyttetatw (τ). Ved å benytte (), () og () kan det konkluderes med at avbildningen v ω er L stabil med endelig forsterkning. 5

1. (b) Ved å benytte lagringsfunksjonen fra deloppgave (a) og v =,harvi V = 1 J1 ω 1 + J ω + J 3 ω 3 V = ω T Kω hvor V er positiv definitt og radielt ubegrenset i ω, V er negativ definit i ω. Det kan derfor konkluderes med at ω =er et globalt asymptotisk stabilt likevektspunkt. 6