Eksamen i SEKY3322 Kybernetikk 3

Like dokumenter
Eksamen i SEKY3322 Kybernetikk 3

Løsning til deleksamen 2 i SEKY3322 Kybernetikk 3

Løsning til eksamen i SEKY3322 Kybernetikk 3

SLUTTPRØVE (Teller 60% av sluttkarakteren)

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Tilstandsestimering Oppgaver

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Løsning til eksamen i IA3112 Automatiseringsteknikk

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

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

Systemidentifikasjon Oppgaver

Løsning til eksamen i IA3112 Automatiseringsteknikk

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

SCE1106 Control Theory

Tilstandsestimering Løsninger

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

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

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

Tilstandsestimering Oppgaver

Artikkelserien Reguleringsteknikk

Dato: fredag 14 desember 2007 Lengde på eksamen: 4 timer Tillatte hjelpemidler: ingen. 1 Diskret tilstandsrommodell 2. 2 Stående pendel 4

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

So303e Kyb 2: Løsning til øving 11

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

Neural Network. Sensors Sorter

Løsningsforslag til sluttprøven i emne IA3112 Automatiseringsteknikk

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

Systemidentifikasjon Løsninger

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon (10 sp)

Løsning til skriftlig eksamen i emnet SESM3401 Styring av mekatroniske systemer

Løsningsforslag Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon (10 sp)

Tilstandsestimering Løsninger

EKSAMENSOPPGAVE I SØK 1002 INNFØRING I MIKROØKONOMISK ANALYSE

2003/05-001: Dynamics / Dynamikk

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

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

EKSAMENSFORSIDE Skriftlig eksamen med tilsyn

Oppgave. føden)? i tråd med

Exercise 1: Phase Splitter DC Operation

Løsning til eksamen i EE4107 Kybernetikk- videregående

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Eksamen i TFY4230 STATISTISK FYSIKK Onsdag 21. desember, :00 19:00

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

TTK4180 Stokastiske og adaptive systemer. Datamaskinøving 2 - Parameterestimering

Simulering i MATLAB og SIMULINK

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon (10 sp)

EKSAMEN I FAG TTT4110 Informasjons- og signalteori. Norsk tekst på oddetalls-sider. (English text on even numbered pages.)

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

Kræsjkurs i STAT101. Noen anbefalinger Regn mange(5-10) oppgavesett til eksamen:

c;'1 høgskolen i oslo

Kapittel 6 Stabilitetsanalyse Oppgave 6.1 Stabilitetsegenskap for transferfunksjoner

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

MIK-130 Systemidentifikasjon Løsningsforslag eksamen 28 mai 2004

SVM and Complementary Slackness

1 Tidsdiskret PID-regulering

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

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Systemidentifikasjon Oppgaver

TDT4117 Information Retrieval - Autumn 2014

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

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

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

Bokmål / Nynorsk / English NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK. Eksamen TFY4185 Måleteknikk

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i FIN3006 / FIN8606 Anvendt tidsserieøkonometri

Lineær analyse i SIMULINK

Siste seminar: Foreslåtte oppgaver basert på ønsker.

Bokmål / Nynorsk / English NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK. Eksamen TFY4185 Måleteknikk

Foroverkopling. Kapittel Innledning

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Slope-Intercept Formula

Løsningsforslag til slutteksamen i SESM3401 Styring av mekatroniske systemer

Høgskoleni østfold EKSAMEN. Emnekode: Emne: ITD30005 Industriell IT. Dato: Eksamenstid: kl til kl. 1300

SLUTTPRØVE. EMNEANSVARLIG: Finn Aakre Haugen. Tlf Epost: Antall sider: 14 (medregnet denne forsiden)

vekt. vol bruk

Eksamensoppgave i TELE2001 Reguleringsteknikk

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

Eksamensoppgave i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

PSi Apollo. Technical Presentation

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

DESIGN AV KALMANFILTER. Oddvar Hallingstad UniK

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Transkript:

Høgskolen i Buskerud. Finn Haugen(finn.haugen@hibu.no). Eksamen i SEKY3322 Kybernetikk 3 Tid: 2. april 2009. Varighet 5 timer. Vekt i sluttkarakteren: 70%. Hjelpemidler: Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler. Kalkulator ikke tillatt. Oppgaveneerskrevetbådepånorskogpåengelsk(deterselvsagtsamme innhold i begge versjonene). Du kan svare på norsk eller engelsk, men ikke kinesisk eller indisk. Bakerst i pgavesettet er det en formelsamling. Kontakt under eksamen: Finn Haugen(faglærer), tlf. 97019215. Hvisdumeneratdetmanglerforutsetningerforåløseenpgave,skaldu selv definere disse forutsetningene. Norsk versjon av eksamen 1. (10%vekt)Antaatparametreneaogbidifferenslikningen h(k)+a h(k 1)=h(k 1)+bu(k 1) (1) skal estimeres vha. minste kvadraters metode.(differenslikningen kan være modellen for en vanntank med vannivå h med innløpspumpe styrtmedpådragetuogmedutløpgjennomenventil.)antaatdet foreligger følgende samplede verdier av variablene h og u: Skriv p(den totale) regresjonsmodellen {h(0),h(1),h(2),h(3),h(4)} (2) {u(0),u(1),u(2),u(3),u(4)} (3) Y =Φθ (4) som danner utgangspunktet for bruk av minste kvadraters metode på dette estimeringsproblemet, men du skal ikke beregne estimatet i pgaven. Regresjonsmodellen skal inneholde kun tilgjengelige sampelverdier.(du skal angi vektoren Y, matrisen Φ og vektoren θ.) 2. (20) Gitt en motor med følgende matematiske modell: n(s)= K [u(s) L(s)] (5) Ts+1 der n er turtall(omdreiningshastighet), u er pådrag, L er ekvivalent lastmoment(representert med samme enhet som pådraget) som kan 1

betraktes som en prosessforstyrrelse, K er forsterkning og T er tidskonstant. K og T har kjente verdier. n måles kontinuerlig. Ovennevnte modell tilsvarer følgende differensiallikning: Tṅ(t)+n(t)=K[u(t) L(t)] (6) DetkanantasatLstortsetterkonstant(menaltsåukjent).Skriv p Kalmanfilterlikningene(både korreksjonsdelen og prediksjonsdelen idetalj)forestimeringavnogl.dukanantaat Kalmanfilter-forsterkningen er K (du skal ikke skrive p formlene for beregning av K). 3. (5) I forbindelse med bruk av Kalman-filter for estimering av tilstandsvariable, hvilken parameter bør du prøve å justere på for å pnå hurtigere respons i estimatet for en gitt tilstandsvariabel? Er det noen ulempe mht. estimeringen ved å prøve å pnå hurtigere estimering? 4. (5) Skriv p et vilkårlig eksempel på en lineær tidsdiskret tilstandsrommodell med 3 tilstander, 2 pådrag og 2 utganger. Skriv modellen på matrise-vektorform. 5. (5)Antaatduietdataverktøysomf.eks.LabVIEWellerMatlab skalgenerereetrandomsignalysomskalhamiddelverdi3ogvarians 4. I verktøyet fins en signalgenerator som gir et randomsignal u som harmiddelverdi0ogvarians1.hvordankandupnåyfrau?(du skalangiysomenmatematiskfunksjonavu.) 6. (15)Gittenprosessmed2tilstandsvariable,x 1 ogx 2,ogettpådrag, u.tilstandx 1 skalreguleres.referansenerr.tegnetblokkdiagram som viser strukturen av reguleringssystemet når regulatoren implementerer LQ-regulering med integralvirkning. (Blokkdiagrammet skal vise regulatoren i detalj. Integratoren kan representeres med en integratorblokk.) 7. (5) I MPC, hvilken størrelse i timalkriteriet er det mest naturlig å justere på for å pnå jevnere pådragsbruk? Skal størrelsen økes eller minkes? Begrunn svaret(det kreves ingen beregninger i svaret). 8. (10) Gitt prosessmodellen ẋ=ax+bu+cv (7) dera,bogcerkjenteparametre.uerpådrag.verforstyrrelse.xskal reguleres. Referansen er r. Finn foroverklingsfunksjonen som implementerer foroverkkling fra referansen og fra forstyrrelsen. Hvilke målinger trengs for å realiserer foroverklingen? 2

9. (15) Utled regulatorfunksjonen for feedback linearization(norsk: lineariserende tilbakekling eller ulineær dekling). Forklar hvordan regulatorparametrene i den interne PI-regulatoren kan stilles inn vha. Skogestads metode. 10. (5) Hvordan kan du sjekke om en modellbasert regulator er robust overfor modellfeil, selv om du ikke har noen fysisk prosess å teste reguleringssystemet mot? 11. (5)Forklarhvordandukanutnytteensoftsensoriformavet Kalman-filter til forbedre et reguleringssystems robusthet overfor sensorutfall. Det kreves ingen algoritmer i svaret. English version of the exam 1. (10%weight)Assumethattheparametersaandbinthedifferential equation h(k)+a h(k 1)=h(k 1)+bu(k 1) (8) istobeestimatedwiththeleastsquares(ls)method.assumethat thefollowingsamplesofthevariableshanduexist: Write the total regression model {h(0),h(1),h(2),h(3),h(4)} (9) {u(0),u(1),u(2),u(3),u(4)} (10) Y =Φθ (11) which makes the basis for the LS estimation. However, you shall not calculate the estimate in this Problem. The regression model contains onlythesamplesofhanduthatareavailable.(youaretofindthe vectory,matrixφ,andthevectorθ.) 2. (20) Given a motor with this mathematical model: n(s)= K [u(s) L(s)] (12) Ts+1 wherenisrotationalspeed,uiscontrolvariable,lisequivalentload torque(represented in the same unit as the control variable) which canberegardedasaprocessdisturbance,k isgain,andt is time-constant.k andt hasknownvalues.nismeasured continuously. This model corresponds to the following differential equation: Tṅ(t)+n(t)=K[u(t) L(t)] (13) 3

L is assumed to be mostly constant. Write down the Kalman-filter equations for estimation of n and L.(The correction and prediction parts of the Kalman-filter shall be written in detail.) You can assume thatthekalman-filtergainisk (youarenotaskedtowritethe equations for calculating K). 3. (5) In Kalman-filter applications, which parameter should you adjust totrytoobtainfasterresponseintheestimateofagivenstate variable? Is there any drawback regarding the estimation as you try to obtain a faster estimation? 4. (5) Write down an example of a linear discrete-time state-space model having 3 state variables, 2 control variables, and 2 output variables. Writ the model with matrices and vectors. 5. (5)AssumethatyouinacomputertoolasLabVIEWorMatlabshall generatearandomsignalywithmean3andvariance4.assumethat thetoolhassignalgeneratorgivingarandomsignaluwithmean0 andvariance1.howcanyouobtainyfromu?(expressyasa mathematical function of u.) 6. (15)Givenaprocesswith2statevariables,x 1 andx 2,andone controlvariable,u.x 1 istobecontrolled.thereferenceisr.drawa block diagram showing the structure of the control system with LQ-control with integral action.(the block diagram shall display the controller in detail. The integrator shall be represented with an integrator block.) 7. (5) In MPC, which parameter in the timization criterion would you adjust to obtain a smoother control signal? Will you increase or decrease the parameter? Give a reason for your answer(no calculations are needed). 8. (10) Given the process model ẋ=ax+bu+cv (14) wherea,b,andcareknownparameters.uiscontrolvariable.vis process disturbance. x is to be controlled. The reference is r. Derive the feedforward controller containing both feedforward from reference and from disturbance. Which measurements are needed to realize the feedforward controller? 9. (15) Derive the control function of feedback linearization. Explain how the controller parameters of the internal PI controller can be calculated using Skogestad s method. 4

10. (5)Howcanyoutestamodelbasedcontrollerforrobustnessagainst modelerrors,eventhoughthereisnhysicalprocesstouseinthe testing? 11. (5)Explainhowyoucanuseasoft-sensorintheformofa Kalman-filter to increase the robustness of a control system against sensor dr-outs. No algorithms are required in your answer. Formelliste for eksamen i SEKY3322 Kybernetikk 3 Påeksamenmåduselvvelgehvilke(n)avformlenesomeraktuelleiden enkelte pgave. ẋ(t k ) x(t k+1) x(t k ) (15) h ẋ(t k ) x(t k) x(t k 1 ) (16) h u(t)=u 0 +K p e(t)+ K p T i t 0 edτ+k p T d ė f (t) (17) x(k+1)=f[x(k), u(k)] (18) y(k)=g[x(k), u(k)] (19) x(k+1)=ax(k)+bu(k) (20) y(k)=cx(k)+du(k) (21) f 1 f 1 x 1 x 2 A= = f x T (22) B= C= D= f 2 x 1 f 2 x 2 f 1 u 1 f 1 u 2 f 2 u 1 f 2 u 2 g 1 x 1 g 1 x 2 g 2 x 1 g 2 x 2 g 1 u 1 g 1 u 2 g 2 u 1 g 2 u 2 5 = f u T (23) = g x T (24) = g u T (25)

Z{y(k)}= y(k)z k (26) k=0 k 1 y 1 (z)+k 2 y 2 (z) k 1 y 1 (k)+k 2 y 2 (k) (27) z n y(z) y(k n) (28) z n y(z) y(k+n) (29) z Unitystepattime-stepk=0:1 z 1 (30) H s = y s u s =lim z 1 H(z)=H(1) (31) L(z)=H c (z)h u (z)h s (z) =H }{{} c (z)h p (z) (32) H p(z) T(z)= L(z) 1+L(z) = m x = 1 N n L (z) d L (z) 1+ n L(z) d L (z) N 1 k=0 = n L (z) d L (z)+n L (z) (33) x(k) (34) Var(x)= 1 N 1 [x(k) m x ] 2 (35) N 1 k=0 σ= Var(x) (36) R x (L)=E{[x(k+L) m x ][x(k) m x ]} (37) R xy (L)=E{[x(k+L) m x ][y(k) m y ]} (38) { 1whenL=0 δ(l)= (39) 0whenL 0 m y =Gm v +C (40) σ 2 y =G2 σ 2 v (41) y=φθ (42) θ LS =(Φ T Φ) 1 Φ T y (43) ẋ k x k+1 x k h + x k x k 1 h 2 M obs = 6 C CA. CA n 1 = x k+1 x k 1 2h (44) (45)

x(k+1)=f[x(k),u(k)]+gw(k) (46) y(k)=g[x(k),u(k)]+hw(k)+v(k) (47) R w (L)=Qδ(L) (48) R v (L)=Rδ(L) (49) y p (k)=g[x p (k)] (50) e(k)=y(k) y p (k) (51) x c (k)=x p (k)+ke(k) (52) x p (k+1)=f[x c (k),u(k)] (53) ẋ=f+bu (54) ẍ=f+bu (55) T(s)= y mf(s) y msp (s) = 1 T C s+1 e τs (56) H(s) K p T i T d K s e τs 1 K(T C +τ) k 1 (T C +τ) 0 K Ts+1 e τs T K(T C +τ) min[t,k 1 (T C +τ)] 0 K (Ts+1)s e τs 1 K(T C +τ) k 1 (T C +τ) T K (T 1 s+1)(t 2 s+1) e τs T 1 K(T C +τ) min[t 1,k 1 (T C +τ)] T 2 Ke τs 1 4(T s 2 4K(T C +τ) 2 C +τ) 4(T C +τ) ( t u=b 1 K p e+k i 0 ) edτ+ṙ yf f ( t ) u=b 1 de f K p e+k i edτ+k d 0 dt + r y f f ( K pp =K ps 1+ T ) d s T is ( T ip =T is 1+ T ) d s T is (57) (58) (59) (60) T dp =T ds 1 1+ T ds T is (61) x(k+1)=ax(k)+bu(k)+g w w(k) (62) 7

J= [ x T (k)qx(k)+u T (k)ru(k)+2x T (k)nu(k) ] (63) k=0 u(k) = G(k)x(k) (64) [ ] M control = B.AB.A 2 B..A n 1 B (65) J = N p i=n w [ŷ(t k+i t k ) r(t k+i t k )] T Q[ŷ(t k+i t k ) r(t k+i t k )] (66) [ u(t k+i t k )] T R[ u(t k+i t k )] (67) N c 1 + + i=1 N p i=n w [u(t k+i t k ) s(t k+i t k )] T N[u(t k+i t k ) s(t k+i t k )] (68) 8