Løsning til deleksamen 2 i SEKY3322 Kybernetikk 3

Like dokumenter
Løsning til eksamen i SEKY3322 Kybernetikk 3

SCE1106 Control Theory

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i emnet Mat131 - Differensiallikningar I Onsdag 25. mai 2016, kl.

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen i SEKY3322 Kybernetikk 3

Neural Network. Sensors Sorter

Mathematics 114Q Integration Practice Problems SOLUTIONS. = 1 8 (x2 +5x) 8 + C. [u = x 2 +5x] = 1 11 (3 x)11 + C. [u =3 x] = 2 (7x + 9)3/2

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Slope-Intercept Formula

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Speed Racer Theme. Theme Music: Cartoon: Charles Schultz / Jef Mallett Peanuts / Frazz. September 9, 2011 Physics 131 Prof. E. F.

2003/05-001: Dynamics / Dynamikk

UNIVERSITETET I OSLO

Trigonometric Substitution

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Moving Objects. We need to move our objects in 3D space.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Unit Relational Algebra 1 1. Relational Algebra 1. Unit 3.3

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

0:7 0:2 0:1 0:3 0:5 0:2 0:1 0:4 0:5 P = 0:56 0:28 0:16 0:38 0:39 0:23

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Oppgave 1a Definer følgende begreper: Nøkkel, supernøkkel og funksjonell avhengighet.

Graphs similar to strongly regular graphs

SVM and Complementary Slackness

TMA4329 Intro til vitensk. beregn. V2017

Stationary Phase Monte Carlo Methods

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Andrew Gendreau, Olga Rosenbaum, Anthony Taylor, Kenneth Wong, Karl Dusen

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Løsningsforslag til slutteksamen i SESM3401 Styring av mekatroniske systemer

UNIVERSITETET I OSLO

Frequency Response and Stability Analysis. Hans- Pe9er Halvorsen, M.Sc.

Gradient. Masahiro Yamamoto. last update on February 29, 2012 (1) (2) (3) (4) (5)

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Exam in Quantum Mechanics (phys201), 2010, Allowed: Calculator, standard formula book and up to 5 pages of own handwritten notes.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Physical origin of the Gouy phase shift by Simin Feng, Herbert G. Winful Opt. Lett. 26, (2001)

MID-TERM EXAM TDT4258 MICROCONTROLLER SYSTEM DESIGN. Wednesday 3 th Mars Time:

PSi Apollo. Technical Presentation

Maple Basics. K. Cooper

EKSAMENSOPPGAVE I SØK 1002 INNFØRING I MIKROØKONOMISK ANALYSE

FYSMEK1110 Eksamensverksted 23. Mai :15-18:00 Oppgave 1 (maks. 45 minutt)

So303e Kyb 2: Løsning til øving 11

Exercise 1: Phase Splitter DC Operation

Oppgave. føden)? i tråd med

EKSAMENSOPPGAVE I BI2034 Samfunnsøkologi EXAMINATION IN: BI Community ecology

Frequency Response and Stability Analysis

Splitting the differential Riccati equation

LISTE OVER TILLATTE HJELPEMIDLER EKSAMEN I NOVEMBER OG DESEMBER 2014

Dynamic Programming Longest Common Subsequence. Class 27

Eksamen i FY3466 KVANTEFELTTEORI II Tirsdag 20. mai :00 13:00

5 E Lesson: Solving Monohybrid Punnett Squares with Coding

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Den som gjør godt, er av Gud (Multilingual Edition)

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Eksamen i SEKY3322 Kybernetikk 3

Start MATLAB. Start NUnet Applications Statistical and Computational packages MATLAB Release 13 MATLAB 6.5

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Oppgave 1. ( xφ) φ x t, hvis t er substituerbar for x i φ.

Endelig ikke-røyker for Kvinner! (Norwegian Edition)

TEKSTER PH.D.-VEILEDERE FREMDRIFTSRAPPORTERING DISTRIBUSJONS-E-POST TIL ALLE AKTUELLE VEILEDERE:

Skjema for spørsmål og svar angående: Skuddbeskyttende skjold Saksnr TED: 2014/S

Enkel og effektiv brukertesting. Ida Aalen LOAD september 2017

TMA4240 Statistikk 2014

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

1 User guide for the uioletter package

Smart High-Side Power Switch BTS730

EKSAMENSOPPGAVE I SØK3004 VIDEREGÅENDE MATEMATISK ANALYSE ADVANCED MATHEMATICS

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

HØGSKOLEN I NARVIK - SIVILINGENIØRUTDANNINGEN

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Elektronisk innlevering/electronic solution for submission:

a) The loop transfer function with the process model with a P controller is given by h 0 (s) = h c (s)h p (s) = K p (1 + s)(2 + s) K p

Løsning til eksamen i IA3112 Automatiseringsteknikk

Solution for INF3480 exam spring 2012

Second Order ODE's (2P) Young Won Lim 7/1/14

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Public roadmap for information management, governance and exchange SINTEF

TEKSTER PH.D.-KANDIDATER FREMDRIFTSRAPPORTERING

32.2. Linear Multistep Methods. Introduction. Prerequisites. Learning Outcomes

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EN Skriving for kommunikasjon og tenkning

Eksamensoppgave i PSY3100 Forskningsmetode - Kvantitativ

TDT4117 Information Retrieval - Autumn 2014

KROPPEN LEDER STRØM. Sett en finger på hvert av kontaktpunktene på modellen. Da får du et lydsignal.

MID-TERM EXAM IN TEP4125 THERMODYNAMICS 2 Friday 28 March 2014 Time: 10:30 11:30

Solutions #12 ( M. y 3 + cos(x) ) dx + ( sin(y) + z 2) dy + xdz = 3π 4. The surface M is parametrized by σ : [0, 1] [0, 2π] R 3 with.

HONSEL process monitoring

GEF2200 Atmosfærefysikk 2017

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Transkript:

Høgskolen i Buskerud. Finn Haugen (finn@techteach.no). Løsning til deleksamen 2 i SEKY3322 Kybernetikk 3 Tid: 7. april 28. Varighet 4 timer. Vekt i sluttkarakteren: 3%. Hjelpemidler: Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler. Kalkulator ikke tillatt. 1. (2% vekt) u(k) = Gx(k) (1) = [G 12 x 1 (k)+g 12 x 2 (k)+g 13 x 3 (k)+g 14 x 4 (k)] (2) 2. (5) Man får ikke beregnet noen stasjonær regulatorforsterkning (Riccattilikningen konvergerer ikke). 3. (15) Vekten W økes, dvs. at kostnaden på pådraget økes. Dermed vil regulatoren automatisk beregne mindre pådragsverdier, siden kriteriet jo skal minimeres. 4. (1) Separasjonsprinsippet betyr at man kan designe tilstandsestimatoren og regulatoren hver for seg, dvs. beregne Kalmanfilterforsterkningen og regulatorforsterkningen, uten hensyn til hverandre. 5. (25) Hensikten med dekopling er motvirke koplingene i prosessen slik at det ikke blir interaksjon mellom reguleringssløyfene. Sløyfene er med andre ord dekoplede, men prosesskoplingene er der fremdeles, selvsagt. Figur 1 viser et blokkdiagram for et multivariabelt reguleringssystem med dekopling. Vi skal nå utlede transferfunksjonene D 1 og D 2 idekopleren.vi starter med D 1. Den skal gjøre at nettovirkningen som z 1 har på y 1 er null. Med andre ord (jf. blokkdiagrammet): for alle z 1. Dette er oppfylt med D 1 H 22 z 1 +H 21 z 1 = (3) Tilsvarende blir D 1 = H 21 H 22 D 2 = H 12 H 11 (4) (5) 1

Dekopler Måleelement H m1 Prosess y r1 H e1 H r1 z 1 u 1 v 11 H 11 y 1 Regulator R 1 D 1 v 12 H 12 v 21 D 2 H 21 v 22 y r2 H e2 H r2 z 2 u 2 H 22 y 2 Regulator R 2 H m2 Figur 1: Multivariabelt reguleringssystem med dekopling og PID-regulatorer 6. (25) The derivation below is taken from a text-book written by F. Haugen. It is not expected that the students write such a detailed answer, but the main points should be included. It assumed that the process model is a state space model on the following form: ẋ = f(x, v)+b(x, v) u (6) or, simpler, ẋ = f + Bu (7) x is the state vector, v is the disturbance vector, and u is the control vector. f is a vector of scalar functions, and B is a matrix of scalar functions. Assume that the output vector is y = x (8) By taking the derivative of (8) and using (7) we obtain the following differential equation describing the process output vector: ẏ = f + Bu (9) Assume that r y is the reference (or setpoint) of y. Withtheabove assumptions, we derive the control function as follows: We start by 2

defining the transformed control vector as Then (9) can be written as z def = f + Bu (1) ẏ = z (11) which are n decoupled or independent integrators (n is the number of state variables), because y(t) = R t zdτ. The transfer function from z to y is y z = 1 (12) s We will now derive the control function for this integrator process, and thereafter derive the final control function. How can you control an integrator? With feedback and feedforward! A good choice for the feedback controller is a PI controller (proportional plus integral) because the controller should contain integral action to ensure zero steady-state control error in the presence of unmodelled disturbances (and there are such in a real system). The proportional action is necessary to get a stable control system (if a pure integral controller acts on an integration process the closed loop system becomes marginally stable, i.e. it is pure oscillatory). The multiloop feedback PI controller is Z t z fb = K p e + K i edτ (13) where e is the control error: e def = r y y (14) In addition to the PI feedback action the controller should contain feedforward from the reference r y to get fast reference tracking when needed (assuming the reference is varying). The feedforward control function can be derived by substituting the process output y in the process model (11) by r y andthensolvingfory, giving z ff = ṙ yf (15) where index f indicates lowpass filter which may be of first order. A puretimedifferentiation should not be implemented because of noise amplification by the differentiation. Therefore the reference should be lowpass filtered before its time derivative is calculated. The control function for the process (11) based on the sum of the feedback control function and the feedforward control function is as 3

follows: z = z fb + z ff (16) Z t = K p e + K i edτ + ṙ yf (17) {z} {z } z ff z fb Deriving the final control function, that is, the formula for the control vector u: From (1) we get u = B 1 (z f) (18) Here we use (17) to get the final control function: µ Z t u = B 1 K p e + K i edτ + ṙ yf f (19) How to tune the PI controller included in the control function (19)? In (19) K p and K i are diagonal matrices: K p1 K p2 K p =...... = diag(k p 1,K p2,,k pn ) (2) K i = K pn K i1 K i2...... = diag(k i 1,K i2,,k in ) (21) K in where the scalar values are K ij = K p j T ij (22) where K pj is the proportional gain and T ij istheintegraltimeof control loop no. j. K pj and T ij can be calculated in several ways. Skogestad s method is one option[?]. Skogestad s method is reviewed below. The design principle of Skogestad s method is as follows. The control system tracking transfer function T, which is the transfer function from the reference or setpoint to the (filtered) process measurement, is specified as a first order transfer function with time delay: T = y mf y msp = 1 T C s +1 e τs (23) 4

where T C is the time constant of the control system which the user must specify, andτ is the process time delay which is given by the process model. Skogestad s tuning formulas for an integrator with gain equal to one and time-delay equal to zero are as follows: K pj = 1 T Cj (24) and T ij = k j T Cj (25) where T Cj is the specified time constant of feedback loop no. j, and k j is a coefficientthatcanbesetto1.44. 5