Løsningsforslag øving 4

Like dokumenter
Stabilitetsanalyse. Kapittel Innledning

Løsningsforslag øving 6

Løsningsforslag oppgavene (Øving 3)

Kapittel 6 Stabilitetsanalyse Oppgave 6.1 Stabilitetsegenskap for transferfunksjoner

Simulering i MATLAB og SIMULINK

Løsningsforslag Eksamen M001 Våren 2002

Løsningsforslag øving 8

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

En matematisk modell for energiomsetningen i et. kajakkløp. Arne B. Sletsjøe. Problemstilling. Global modell. Lokal modell.

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

Løsningsforslag Dataøving 2

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

NTNU Fakultet for teknologi

II. Tegn rotkurvene som ligger pa den reelle aksen. For K 2 [0 +1 > ligger rotkurvene pa den reelle aksen til venstre for et ulike antall poler.

Obligatorisk innlevering 3 - MA 109, Fasit

Eksamensoppgave i TELE2001 Reguleringsteknikk

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

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon (10 sp)

4.1 Diskretisering av masse-fjær-demper-system. K f m. x m u m y = x 1. x m 1 K d. Dette kan skrives på matriseform som i oppgaven med 0 1 A =

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

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

FIE Signalprosessering i instrumentering

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FAG SIF5045 NUMERISK LØSNING AV DIFFERENSIALLIGNINGER

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

DET TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET Institutt for data- og elektroteknikk. Løsningsforslag Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon (10 sp)

TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

Løsningsforslag MAT 120B, høsten 2001

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4160 BØLGEFYSIKK Mandag 3. desember 2007 kl

Øving 1 ITD Industriell IT

Systemidentifikasjon Oppgaver

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

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

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

Forelesning nr.13 INF 1410

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.

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 10

Eksamen i MIK130, Systemidentikasjon (10 sp)

Institutt for Samfunnsøkonomi

Løsningsforslag. Oppgave 1 Gitt matrisene ] [ og C = A = 4 1 B = 2 1 3

SIE30AR Ulineær bevegelsestyring - Servoteknikk Løsningsforslag til øving 11: Passivitet

Løsningsforslag Eksamen M100 Våren 2002

Løsningsforslag til øving 1

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT1050, vår 2019

Control Engineering. Stability Analysis. Hans-Petter Halvorsen

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra fagets nettside, og for øvinger brukes It s learning. systemidentifikasjon fra sprangrespons.

OPPGAVE 1 LØSNINGSFORSLAG

TTK4100 Kybernetikk introduksjon Øving 1 - Løsningsforslag

TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Løsning øving 1 1 LØSNING ØVING 1

y = Bx + C innsettes differensiallikningen for å bestemme B:

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4120 MATEMATIKK 4K H-03 Del B: Kompleks analyse

Vær OBS på at svarene på mange av oppgavene kan skrives på flere ulike måter!

differensiallikninger-oppsummering

Universitet i Bergen. Eksamen i emnet MAT121 - Lineær algebra

LØSNINGSFORSLAG TIL SIGNALBEHANDLING 1 JUNI 2010

Løsningforslag til eksamen i emnet MAS107 Reguleringsteknikk holdt torsdag 31. mai 2007

MAT Prøveeksamen 29. mai - Løsningsforslag

TMA Matematikk 4D Fredag 19. desember 2003 løsningsforslag

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

Eksamen i SIF5036 Matematisk modellering Onsdag 12. desember 2001 Kl

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I MA0001 BRUKERKURS A Tirsdag 14. desember 2010

FYS2130. Tillegg til kapittel 13. Harmonisk oscillator. Løsning med komplekse tall

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

MAT Vår Oblig 2. Innleveringsfrist: Fredag 23.april kl. 1430

Løsningsforslag, eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

Numerisk løsning av ODL

Løsningsforslag Matematisk fysikk, 28. mai 2001

(1 + x 2 + y 2 ) 2 = 1 x2 + y 2. (1 + x 2 + y 2 ) 2, x 2y

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Reg tek final exam formelsamling

UKE 5. Kondensatorer, kap. 12, s RC kretser, kap. 13, s Frekvensfilter, kap. 15, s kap. 16, s

Utsatt eksamen i Matematikk 1000 MAFE ELFE KJFE 1000 Dato: 2. mars 2017 Løsningsforslag.

Del 1. En klassiker, og en litt mer utfordrende

TMA4110 Matematikk 3 Høst 2010

Lineær analyse i SIMULINK

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

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

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

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Løysingsforslag (Skisse) Eksamen FY3452 Gravitasjon og Kosmologi Våren 2007

Løsningsforslag for MAT-0001, desember 2009, UiT

z2 u(z, 0) = 0, u(0, t) = U. (8) Hvilken standardlikning er dette? b) Vi antar (håper) at u kan uttrykkes som en similaritetsløsning δδ ν ηf + F = 0,

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

UNIVERSITETET I BERGEN

Løsningsforslag Matematisk modellering Øving 2, høst 2005

Løsningsforslag til øving 4

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

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

HØGSKOLEN - I - STAVANGER. Institutt for elektroteknikk og databehandling

Diagonalisering. Kapittel 10

SIF5003 Matematikk 1, 5. desember 2001 Løsningsforslag

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

Control Engineering. MathScript. Hans-Petter Halvorsen

Høgskolen i Oslo og Akershus. ln x sin x 2 (ln x) (ln x) 2 = cos ( x2. (ln x) 2 = cos x 2 2x ln x x sin x 2 (ln x) 2 x + 2 = 1, P = (2, 2 4 y4 = 0

TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

Forelesning, TMA4110 Torsdag 11/9

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2012

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

EKSAMEN Løsningsforslag

48 Praktisk reguleringsteknikk

Høgskolen i Oslo og Akershus. e 2x + x 2 ( e 2x) = 2xe 2x + x 2 e 2x (2x) = 2xe 2x + 2x 2 e 2x = 2xe 2x (1 + x) 1 sin x (sin x) + 2x = cos x

Transkript:

TTK405 Reguleringsteknikk, Vår 206 Oppgave Løsningsforslag øving 4 Når k 50, m 0, f 20, blir tilstandsromformen (fra innsetting i likning (3.8) i boka) Og (si A) blir: (si A) [ ] [ ] 0 0 ẋ x + u 5 2 0. ([ ] [ ]) [ ] s 0 0 s 0 s 5 2 5 s + 2 Her vi brukt at den inverse av en 2 2 matrise [ ] a b B c d s 2 + 2s + 5 [ s + 2 ] 5 s kan uttrykkes: der B det(b) [ d ] b c a det(b) ad bc (2) () Videre har vi: Φ(t) L { (si A) } φ 2 (t) L { { (si A) } 2 L s 2 + 2s + 5 } L { } (s + ) 2 + 2 2 Transformpar 0 i tabellen i bokens appendiks B (side 549) med a og b 2 gir: φ 2 (t) 2 e t sin(2t)

Oppgave 2 a) (4.78) og () gir følgende sett av ligninger: ẋ x 2 ẋ 2 x 3 ẋ 3 α 0 x α x 2 α 2 x 3 + u Dette gir blokkdiagrammet vist i figur. y ρ 0 x + ρ x 2 + ρ 2 x 3 Figure : Elementært blokkdiagram i tidsplanet b) Vi skal redusere blokkdigrammet i figur. For å komme over i s-planet bytter vi ut hver integrator med s. Metoden er vist i figurene 2, 3, 5 og 6. 2

Figure 2: Overføring til Laplacetransformert elementært blokkdiagram Figure 3: Bruk av reglene e) på side 2 3

Figure 4: Bruk av reglene g) på side 22 Figure 5: Bruk av regel a) og b) på side 2 Fra figur 6 får vi (4.8) med orden 3: h(s) y(s) u(s) ρ 2 s 2 + ρ s + ρ 0 s 3 + α 2 s 2 + α s + α 0 Når vi har gitt fasevariabel form kan vi direkte sette modellen opp på tilstandsromform. Merk at det finnes uendelig mange tilstandsromrepresentasjoner for samme transferfunksjon. Transferfunksjonen er en entydig inn-ut representasjon for det aktuelle systemet. 4

Figure 6: Ved å gjenta prosedyren fra figur 3-5 gir endelig blokkdiagram Fordelen med fasevariabel form eller tilsvarende kanoniske former, er at koeffisientene i transferfunksjonen direkte inngår i matrisene for tilstandsromformen. Når en i Matlab skal finne tidsresponsen til et system, f.eks. vha funksjonene step eller lsim, så gjør Matlab først systemet om til tilstandsromform, dersom det ikke er oppgitt på denne formen. Denne konverteringen resulterer i den så kalte controllable canonical form som er et annet navn på fasevariabel form. Oppgave 3 Benytter residuregning for å finne tidsresponsene: h(t) L [h(s] i Res[h(s)e ts ] sai (3) a) Fra tabellen er gitt et system med to distinkte poler: h(s) Kλ λ 2 (s λ )(s λ 2 ) (4) Vi får: h(t) Res[h(s)e ts ] sλ + Res[h(s)e ts ] sλ2 (5) e ts Kλ λ 2 ( s λ 2 + ets sλ s λ ) sλ2 Kλ λ 2 (λ λ 2 ) (eλ t e λ 2t ) (6) Benytter likning (6) til å finne løsningen for komplekskonjugerte poler, dvs λ,2 α ± jβ. h(t) Kλ λ 2 (λ λ 2 ) (eλ t e λ2t ) (7) K( α + jβ)( α jβ) (e ( α+jβ)t e ( α jβ)t α + jβ + α + jβ K(α2 + β 2 ) e αt (e jβt e jβt ) 2jβ Kω2 0 β e αt 2j Kω2 0 β e αt sin(βt) (8) Her benyttes Eulers formel og den udempede resonansfrekvensen ω 2 0 α2 + β 2. 5

b) For sammenfallende poler lar vi den komplekse delen β i likning (8) gå mot null: h(t) lim β β 0 Kω 2 0 e αt sin(βt) lim Kω 2 αt t cos(βt) β 0 0e Kte t T (9) Der vi benytter tidskonstanten fordi α ω 0 T. Grenseverdien finnes ved bruk av L Hopitals regel. c). Vi har at sprangresponsen kan uttrykkes som følger: Residuregning gir: k(s) h(s) s Kλ2 (s λ) 2 s (0) [ ets] [ d Kλ 2 ets] k(t) ds Kλ + s sλ (s λ) s0 2 [ Kλ 2 eλt λ 2 + t ] λ eλt + Kλ 2 λ 2 K( e λt + λte λt ) K( [ + t T ]e t T ) () 2. Fra oppgave vet vi at sprangresponsen er gitt som integralet av impulsresponsen. Dette kan vi også bruke for å sjekke svaret. Impulsresponsen for et 2. ordens system med to sammenfallende poler er: Da er sprangresponsen: h(t) K te t T (2) k(t) t 0 t 0 h(τ)dτ (3) K τe τ T dτ (4) For å løse likning (3) må vi bruke delvis integrasjon: udv [uv] b a b a vdu. Velger dv e τ T dτ og u τ. Får da etterhvert: k(t) K ( T (te t T 0) + T (T ( e t T )) ) K T te t T + K( e t T ) K( [ + t T ]e t T ) (5) 6

d) Statisk forsterkning K finnes når s 0, dvs. K k. Det betyr at jo stivere fjæra er (stor k) jo mindre statisk forsterkning får vi. Dette vet alle som har prøvd å trykke inn en stiv fjær. Udempet resonansfrekvens: ω 0 er gitt av ω 0 k m. Det betyr at stor masse gir lav svingefrekvens og stiv fjær gir høy svingefrekvens. Dette er også rimelig å forvente. Relativ dempningsfaktor ζ er gitt av ζ f 2mω 0 2m f m k. Vi ser at den relative dempingsfaktoren avtar med massen m, øker med den viskøse dempingen f og avtar med stivere fjær (stor k). Oppgave 4 a) Vi får her et negativt utslag ved start (ofte kalt inversrespons) pga. nullpunktet T halvplan. i høyre y(s) g (s) s K( T s) s( + s) K s( + s) KT + s ( ) K s( + s) T K(y a (s) + y b (s)) (6) + s der: y a (s) s( + s) y b (s) T + s T sy a (s) Fra linje 8 i tabellen i Appendiks B i boka, finner vi: y a (t) ( e t ) dy a (t) y b (t) T T e dt t det gir ( y(t) K ( e t ) T e ( 0 7 ) 4 e t 4 ) t b) For å finne tidsresponsen ved residuregning finner vi først polene i y(s) og multiplisiteten. Vi ser raskt at vi her har to poler s og s 0, begge med multiplisitet m. Residuformelen ved m kan skrives [ res* y(s)e ts ] [ (s ai )y(s)e ts]. (7) sa i sa i i i 7

Vi får dermed y(t) L [y(s)] i res* sa i [ y(s)e ts ] (8) (s + ) K( T ) s( + s) ets s + (s) K( T ) s( + s) ets s0 (9) K( + T )e t + K (20) 0( 7 4 e t 4 ) (2) 8

c) Se Figur 7 nedenfor. Sprangresponsen 0 8 6 4 2 y(t) 0 2 4 6 8 0 5 0 5 20 25 30 Tid [sek] Figure 7: Sprangrespons for g (s) d) Skissen blir som figur 6, men forskøvet T 3 5 sekunder mot høyre. Se 4.7 s. 09. 9