Control Engineering. Stability Analysis. Hans-Petter Halvorsen

Like dokumenter
Stabilitetsanalyse. Hans- Pe/er Halvorsen, M.Sc.

Control Engineering. State-space Models. Hans-Petter Halvorsen

Control Engineering. MathScript. Hans-Petter Halvorsen

Frequency Response and Stability Analysis

Tilstandsrommodeller. Hans- Pe1er Halvorsen, M.Sc.

MathScript. Hans- Pe1er Halvorsen, M.Sc.

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

Kapittel 6 Stabilitetsanalyse Oppgave 6.1 Stabilitetsegenskap for transferfunksjoner

Stabilitetsanalyse i MATLAB og LabVIEW

Stabilitetsanalyse. Kapittel Innledning

Tilstandsestimering Oppgaver

Reguleringsteknikk med LabVIEW og MathScript eksempler

1 Tidsdiskret PID-regulering

Tilstandsestimering Oppgaver

Systemidentifikasjon Oppgaver

Reguleringsteknikk med LabVIEW og MathScript eksempler

Systemidentifikasjon Oppgaver

Observer HANS-PETTER HALVORSEN, Telemark University College Department of Electrical Engineering, Information Technology and Cybernetics

Reguleringsteknikk vha.

Lineær analyse i SIMULINK

Simulering i MATLAB og SIMULINK

Systemidentifikasjon Løsninger

University College of Southeast Norway. Observer HANS-PETTER HALVORSEN.

Løsning til eksamen i IA3112 Automatiseringsteknikk ved Høgskolen i Sørøst- Norge

Tilstandsestimering Løsninger

nyq Inst. for elektrofag og fornybar energi Fag TELE2001 Reguleringsteknikk Simulink øving 4 Oppstart av Matlab. c:\temp.

Tidsdiskrete systemer

Løsningsforslag Dataøving 2

TTK 4140 Reguleringsteknikk m/elektriske kretser Dataøving 2

Løsningsforslag øving 6

Løsningsforslag oppgavene (Øving 3)

Løsning til eksamen i IA3112 Automatiseringsteknikk

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

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

Systemidentifikasjon

Eksamensoppgave i TELE2001 Reguleringsteknikk

NB! Vedlegg 2 skal benyttes i forbindelse med oppgave 3a), og vedlegges besvarelsen.

Løsningsforslag øving 4

SCE1106 Control Theory

c;'1 høgskolen i oslo

Løsning til eksamen i EE4107 Kybernetikk- videregående

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

Kapittel 5. Frekvensrespons. Beregningavfrekvensresponsfrasignaler. Figur 25 viser sammenhørende inngangssignal og utgangssignal for et system.

AVDELING FOR INGENIØRUTDANNING EKSAMENSOPPGAVE

Slik skal du tune dine PID-regulatorer

Simuleringseksempel. Vi ønsker å simulere følgende system (vanntank) i MathScript: Matematisk modell:

2003/05-001: Dynamics / Dynamikk

KYBERNETIKKLABORATORIET. FAG: Kybernetikk DATO: OPPG. NR.: R134 TEMPERATURREGULERING

Tilstandsestimering Løsninger

Løsningsforslag øving 8

Løsning til eksamen i EK3114 Automatisering og vannkraftregulering ved Høgskolen i Sørøst-Norge

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

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

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

Del 1. En klassiker, og en litt mer utfordrende

KYBERNETIKKLABORATORIET. FAG: Dynamiske systemer DATO: OPPG.NR.: DS3 MOTOR GENERATOROPPGAVE I

Forelesning nr.13 INF 1410

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

Simuleringsalgoritmer

NTNU Fakultet for teknologi

Dette er et utdrag fra kapittel 6 i boka: Reguleringsteknikk, skrevet av. Per Hveem og Kåre Bjørvik

Kalmanfilter HANS-PETTER HALVORSEN,

TTK 4140 Reguleringsteknikk m/elektriske kretser Dataøving 1

Sammenlikningav simuleringsverktøyfor reguleringsteknikk

Løpekatt med last. Ekstra øving 3, løsningsforslag. Inst. for teknisk kybernetikk Fag TELE2001 Reguleringsteknikk

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

Øving 1 ITD Industriell IT

Emnekode: sa 318E. Pensumlitteratur ( se liste nedenfor), fysiske tabeller, skrivesaker og kalkulator

Finn Haugen. Oppgaver i reguleringsteknikk 1. Nevn 5 variable som du vet eller antar kan være gjenstand for regulering i industrianlegg.

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

Reguleringsteknikk. Finn Aakre Haugen. 16. juni 2014

Motor - generatoroppgave II

Løsning til eksamen i IA3112 Automatiseringsteknikk ved Høgskolen i Sørøst- Norge

STE 6219 Digital signalbehandling Løsning til kontinuasjonseksamen

EDT211T Reguleringsteknikk PC-øving nr 1. NB: Det lønner seg å kjøre gjennom leksjonen før du tar fatt på selve øvingen på siste side.

UNIVERSITETET I OSLO

EDT211T-A Reguleringsteknikk PC øving 5: Løsningsforslag

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Løsningsforslag MAT 120B, høsten 2001

AVDELING FOR INGENIØRUTDANNING EKSAMENSOPPGAVE

Komplekse tall og komplekse funksjoner

Frekvensanalyse av likestrømsmotor med diskret regulator og antialiasing filter

UNIVERSITETET I OSLO

2.2.1 Framgangsmåte for matematisk modellering Modellering av massesystemer. Modellbegreper... 15

HIN, MASTERSTUDIER Inklusive lösningsförslag: Eksamen i STE 6215, Reguleringsteknikk I. Figure 1: Reguleringssytem

Løsningsforslag oppgavene (Øving 5)

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

EKSAMEN Emnekode: ITD30005

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Emnenavn: Industriell IT. Eksamenstid: 4 timer. Faglærer: Robert Roppestad

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

Løsningsforslag til eksamen i TELE 2008A Styresystemer og reguleringsteknikk 26/ s.1 av 16

Emne 11 Differensiallikninger

Reguleringsteknikk Sammendrag REVISJON ØRJAN LANGØY OLSEN

Fagnr: SO318E. Veslemøy Tyssø Eksamenstid, I fra - til: Eksamensoppgaven består av Tillatte hjelpemidler: Antall oppgaver: 5

Spørretime / Oppsummering

Dagens temaer. Definisjon av z-transformasjonen. Tema. Time 5: z-transformasjon og frekvens transformasjon. Fra forrige gang

Løsningsforslag til sluttprøven i emne IA3112 Automatiseringsteknikk

Løsningsforslag til eksamen i EDT211T Styresystemer og reguleringsteknikk 27/ s.1 av 12

Transkript:

Control Engineering Stability Analysis Hans-Petter Halvorsen

Dataverktøy MathScript LabVIEW Differensial -likninger Tidsplanet Laplace 2.orden 1.orden Realisering/ Implementering Reguleringsteknikk Serie, Parallel, Feedback Det komplekse plan S-planet K = Forsterkning T=Tidskonstant Transferfunksjoner Blokkdiagrammer Tilstandsrommodeller Analyse/Design Stabilitetsanalyse Det komplekse plan 2. Frekvensrespons 1. Systemets poler Bodediagram Sprangrespons 1.orden med tidsforsinkelse Diskretisering Reguleringssystem Asymptotisk stabilt system Air Heater Tidsplanet Ustabilt system Marginalt stabilt system Asymptotisk stabilt system Marginalt stabilt system Ustabilt system

Reguleringssystem (Tilbakekoblet) Mål: Det tilbakekoblede systemet (med regulator) må være stabilt og gi god regulering

Stabilitetsanalyse Hensikt: Finne ut om systemet er stabilt eller ikke. Ulike metoder: 1. Impuls-/Sprangrespons 2. Polplassering 3. Frekvensrespons (lærer om dette senere)

Sløyfetransferfunksjonen Loop Transfer Function MathScript: Hr =... Hp =... Hm =... L = series(series(hr, Hp), Hm) Sløyfetransferfunksjonen er definert som produktet av alle transferfunksjonene i det lukkede systemet.

Trackingfunksjonen Følgeforholdet MathScript: L =... T = feedback(l, 1) Følgeforholdet sier noe om hvor godt utgangen følger referansen. Reguleringssystemet har gode følgeegenskaper når

Det karakteristiske polynom En transferfunksjon kan skrives på følgende generelle polynomform: Der telleren til transferfunksjonen beskriver nullpunktene til systemet, mens nevneren beskriver polene til systemet. Røttene i tellerpolynomet b(s) kalles systemets eller transferfunksjonens nullpunkter Røttene i nevnerpolynomet a(s) kalles systemets eller transferfunksjonens poler Nevnerpolynomet a(s) kalles for transferfunksjonens karakteristiske polynom

Poler og Nullpunkter - Eksempel Gitt følgende system: Poler, Penn og papir: Finn nullpunkter og poler for dette systemet. Bruk Penn og papir samt MathScript. MathScript: num=... den= H = tf(num,den) zero(h) pole(h) eller: num=... den= H = tf(num,den) roots(num) %Zeros roots(den) %Poles

Poler og Nullpunkter Eksempel - Løsning MathScript: %Transfer Function num=[2,1]; den=[0.5, 2, 1]; H=tf(num,den) %Zeros z = zero(h) %roots(num) %Poles p = pole(h) %roots(den)

Impuls-/Sprangrespons impulse(h) step(h) Asymptotisk stabilt system: Marginalt stabilt system: Ustabilt system: [Figures: F. Haugen, Advanced Dynamics and Control: TechTeach, 2010]

Stabilitetsanalyse Sprangrespons MathScript - Eksempel T(s) Dette er den totale transferfunksjonen ( The Tracking transfer function ) fra referansen (r) til utgangen (y) for et gitt system. Systemet blir regulert av en P regulator (proporsjonalregulator). Implementer (transferfunksjon) og simuler (sprangrespons) systemet i MathScript. Prøv forskjellige verdier av Kp Hva blir resultatet??

Kp=1; MathScript Løsning num = [Kp]; den = [1, 2, 1, Kp]; H = tf(num, den); step(h) Litt mer avansert utgave: clc clear K = [1, 2, 4]; N = length(k); for i= 1:N Kp = K(i); num = [Kp]; den = [1, 2, 1, Kp]; H = tf(num, den); figure(i) step(h) end Asymptotisk stabilt Marginalt stabilt Ustabilt

Stabilitetsanalyse 2.ordens systemer Det er verdien på zeta som bestemmer stabilitetsegenskapene ifm 2.ordens systemer [Figure: F. Haugen, Advanced Dynamics and Control: TechTeach, 2010]

Stabilitetsanalyse 2.ordens systemer - Eksempel Masse-Fjær-demper system [Figure: F. Haugen, Advanced Dynamics and Control: TechTeach, 2010] Implementer systemet i MathScript. Prøv ulike verdier av zeta slik at vi kan gjenskape de ulike responsene (sprangrespons) som er typisk for et 2.ordens system. Begynn med f.eks. m=1, k=1, d=1

Masse-Fjær-demper system MathScript kode [Figure: F. Haugen, Advanced Dynamics and Control: TechTeach, 2010] Prøv ulike verdier av zeta slik at vi kan gjenskape de ulike responsene som er typisk for et 2.ordens system % Mass-spring-damper clear clc clear all % Define variables m = 1; d = 1; k = 1; zeta= d/(2*sqrt(m*k)) % Define Transfer function num = 1/m ; den = [1, (d/m), (k/m)]; H = tf(num, den); % Step Response step(h)

Masse-Fjær-demper system MathScript kode Noen eksempler på z verdier m=1, k=1, d=1 -> z=0.5 dvs 0<z<1 -> Stabilt (Underdempet) m=1, k=1, d=-1 -> z=-0.5 dvs z<0 -> Ustabilt m=1, k=1, d=2 -> z=1 -> Stabilt (Kritisk dempet) m=1, k=1, d=0 -> z=0 -> Marginalt stabilt

Polplassering Eksempel: Systemets poler finner man ved å sette nevneren i transferfunksjonen lik 0 Stabilt Ustabilt MathScript: num = [3]; den = [0.5, 1]; H = tf(num, den) p = poles(h) pzgraph(h) [Figure: F. Haugen, Advanced Dynamics and Control: TechTeach, 2010] Studenter: Prøv ut dette scriptet!

Polplassering Asymptotisk stabilt system: Marginalt stabilt system: En eller flere poler ligger på den imaginære akse (har realdelen lik 0), og alle polene er forskjellige/ikke sammenfallende. Dessuten, ingen poler i høyre halvplan Alle polene ligger i venstre halvplan (negativ realdel). Ingen poler på den imaginære akse. Ustabilt system: En eller flere poler ligger i høyre halvplan (har realdel større enn 0). Eller: Det er multiple/sammenfallende poler på den imaginære akse.

Stabilitetsanalyse Poler MathScript - Eksempel Dette er den totale transferfunksjonen ( The Tracking transfer function ) fra referansen (r) til utgangen (y). Systemet blir regulert av en P regulator (proporsjonalregulator). Implementer (transferfunksjon) og finn polene til systemet vha MathScript. Prøv forskjellige verdier av Kp (Kp=1, Kp=2, Kp=3) Hva blir resultatet??

Stabilitetsanalyse Poler MathScript - Løsning MathScript: Dette er den totale transferfunksjonen ( The Tracking transfer function ) fra referansen (r) til utgangen (y). Systemet blir regulert av en P regulator (proporsjonalregulator). Kp=1 num = [Kp]; den = [1, 2, 1, Kp]; H = tf(num, den) figure(1) step(h) poles(h) Poler: figure(2) pzmap(h) [Figure: F. Haugen, Advanced Dynamics and Control: TechTeach, 2010]

Masse-Fjær-demper system Eksempel - MathScript kode % Mass-spring-damper system clear clc clear all [Figure: F. Haugen, Advanced Dynamics and Control: TechTeach, 2010] Prøv ulike verdier av zeta slik at vi kan gjenskape de ulike responsene som er typisk for et 2.ordens system. Metode 1 (Sprangrespons) Metode 2 (Polplassering) % Define variables m = 1;d = 1; k = 1; zeta= d/(2*sqrt(m*k)) % Define Transfer function num = 1/m ; den = [1, (d/m), (k/m)]; H = tf(num, den); % Step Response figure(1), step(h) % Stability Analysis p = poles(h) figure(2), pzmap(h) Studenter: Prøv ut dette!

Hans-Petter Halvorsen, M.Sc. University College of Southeast Norway www.usn.no E-mail: hans.p.halvorsen@hit.no Blog: http://home.hit.no/~hansha/