SCE1106 Control Theory

Like dokumenter
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

2003/05-001: Dynamics / Dynamikk

Løsning til deleksamen 2 i SEKY3322 Kybernetikk 3

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

Control Engineering. MathScript. Hans-Petter Halvorsen

Frequency Response and Stability Analysis

Slope-Intercept Formula

MathScript. Hans- Pe1er Halvorsen, M.Sc.

1 Tidsdiskret PID-regulering

Lineær analyse i SIMULINK

Simulering i MATLAB og SIMULINK

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

Tilstandsestimering Løsninger

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

Systemidentifikasjon Oppgaver

Level Set methods. Sandra Allaart-Bruin. Level Set methods p.1/24

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Splitting the differential Riccati equation

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

Stationary Phase Monte Carlo Methods

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

UNIVERSITETET I OSLO

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

Frekvensanalyse av likestrømsmotor med diskret regulator og antialiasing filter

MA2501 Numerical methods

UNIVERSITETET I OSLO

APPENDIX A 2 APPENDIX B 3 APPENDIX C 4 APPENDIX D 10

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

SVM and Complementary Slackness

Control Engineering. Stability Analysis. Hans-Petter Halvorsen

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

Information search for the research protocol in IIC/IID

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

Systemidentifikasjon Oppgaver

TTK 4140 Reguleringsteknikk m/elektriske kretser Dataøving 2

Del 1. En klassiker, og en litt mer utfordrende

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Reg tek final exam formelsamling

Utledning av Skogestads PID-regler

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

Den europeiske byggenæringen blir digital. hva skjer i Europa? Steen Sunesen Oslo,

Public roadmap for information management, governance and exchange SINTEF

Maple Basics. K. Cooper

Graphs similar to strongly regular graphs

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

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

Numerical Simulation of Shock Waves and Nonlinear PDE

Satellite Stereo Imagery. Synthetic Aperture Radar. Johnson et al., Geosphere (2014)

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

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

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

Trigonometric Substitution

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Tilstandsestimering Oppgaver

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

Inst. for elektrofag og fornybar energi

UNIVERSITETET I OSLO

Solution for INF3480 exam spring 2012

Exercise 1: Phase Splitter DC Operation

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

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

Verifiable Secret-Sharing Schemes

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

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

OPTIMAL MODEL BASED CONTROL: System Analysis and Design

TMA4240 Statistikk 2014

Generalization of age-structured models in theory and practice

Neural Network. Sensors Sorter

TMA4240 Statistikk Høst 2013

EN Skriving for kommunikasjon og tenkning

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

41070 STABILITET I ELKRAFTSYSTEMER

Eksamen i TTK4135 Optimalisering og regulering

Hvor mye praktisk kunnskap har du tilegnet deg på dette emnet? (1 = ingen, 5 = mye)

NO X -chemistry modeling for coal/biomass CFD

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

The regulation requires that everyone at NTNU shall have fire drills and fire prevention courses.

Hvordan føre reiseregninger i Unit4 Business World Forfatter:

ECON3120/4120 Mathematics 2, spring 2004 Problem solutions for the seminar on 5 May Old exam problems

Stabilitetsanalyse i MATLAB og LabVIEW

Gir vi de resterende 2 oppgavene til én prosess vil alle sitte å vente på de to potensielt tidskrevende prosessene.

Examination paper for SØK2009 International Macroeconomics

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Oppgave. føden)? i tråd med

Tilstandsrommodeller. Hans- Pe1er Halvorsen, M.Sc.

Det teknisk- naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

PSi Apollo. Technical Presentation

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

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

Ole Isak Eira Masters student Arctic agriculture and environmental management. University of Tromsø Sami University College

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.

Ringvorlesung Biophysik 2016

TMA4329 Intro til vitensk. beregn. V2017

Exercise 1, Process Control, advanced course

Implementering av korreksjonsfaktorer for temperatur og trykkeffekter i ultralyd gassmålere Løypemelding fra OD-prosjekt

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Transkript:

Master study Systems and Control Engineering Department of Technology Telemark University College DDiR, October 26, 2006 SCE1106 Control Theory Exercise 6 Task 1 a) The poles of the open loop system is found as the roots of the nominator polynomial of the transfer function h p (s). I.e. from the roots of the characteristic equation s 2 + 3s + 2 = 0. (1) This gives the poles s 1 = 1 and s 2 = 2. The process model can then be written as h p (s) = e 2s s 2 + 3s + 2 = e τs e 2s e 2s (s + 1)(s + 2) = 1 2 (s + 1)( 1 2 s + 1) = k (1 + T 1 s)(1 + T 2 s), ) (2) where the steady state gain of the open loop system is given by k = 1 2 (3) and the time constant for the open loop system T 1 = 1, (4) T 2 = 1 2. (5) b) We use the half rule in order to reduce the process model (2) to a 1st order model approximation with inverse response of the form where k = 1 2 and h p (s) = k 1 τs (1 + T s), ) (6) T = T 1 + 1 2 T 2 = 1 + 1 1 2 2 = 5 4 τ := τ + 1 2 T 2 = 2 + 1 1 2 2 = 9 4 = 1.25 (7) = 2.25 (8) 1

Using the Skogestad method and the reduced model gives the PI controller parameters K p = 1 T 2k τ = 5 0.56 (9) 9 T i = T = 5 = 1.25 (10) 4 The poles of the closed loop system is approximately given by s = 1 T c where T c = τ = 2.25. The starting point for the above PI controller parameters is that the closed loop set point response is specified to be y r = 1 τs (1 + T c s) = h ph c 1 + h p h c = T (s) (11) with a time constant for the closed loop system equal to the time delay of the open loop system, i.e. T c = τ. A more exact computation of the poles of the closed loop system is given by the roots of the characteristic equation 1 + h p h c = 0 (12) In order to obtain exact computation of the closed loop system poles we must use the process model (2) and not the approximation (6). c) The solution of this sub problem is implemented in the MATLAB script ov6 1c.m. The script can be down loaded from the homepage of the course. Se also the enclosed copy of the script. The script needs the Control System Toolbox in order to work. d) This sub problem is implemented in the MATLAB script ov6 1d.m. The script can be down loaded from the home page of the course. The script is Toolbox independent. MATLAB-script: ov6 1d 2

Figure 1: Simulation of the closed loop system after a unit step response in the reference,r. Process h p (s) = e 2s s 2 +3s+2 with PI controller h T is+1 c(s) = K p T is where K p = 5 9 0.56 and T i = 1.25. The PI controller parameters are found by the Skogestad method as in step 1b). 3

% ov6_1d.m % Formaal: Simulering av system h_p(s)=exp(-2s)/(s^2+3s+2) med PI-regulator % h_c(s)=kp(1+tis)/(tis) der Ti=1.25 og Kp=5/9=0.56. PI-regulatorparametrene % er funnet vha "Skogestads metode". % Benyttede spesielle funksjoner og toolbox er: ingen % Skrevet av: David Di Ruscio, 18. oktober 2002. num=[0,0,1]; den=[1,3,2]; [A,B,D,E]=tf2ss(num,den); t0=0; t1=20; N=200; t=linspace(t0,t1,n); dt=t(2)-t(1); % Definerer teller og nevner i h_p(s) % uten transportforsinkelsesleddet. % Tilstandsrommodell uten transportforsinkelse. % Lager en passende tidshorisont. % Samplingsintervall. nt=floor(2/dt); yt=zeros(nt,1); % Array for implementering av transport % forsinkelse. r=1; % Referansesignal, sprang fra r=0 til r=1 ved t= % PI-regulatorparametre Kp=0.56; Ti=1.25; % PI-regulatorparametre fra oving 6, 1b. Kp=0.6631; Ti=1; % PI-regulatorparametre fra oving 7. Kp=1.4009; Ti=5.4366; % Ziegler-Nichols PI-reg.parametre. x0=[0;0]; % Initialverdi for tilstandsvektoren, x. z0=0; % Initialverdi for regulatortilstanden, z. %%% Simuleringsloekke for det lukkede systemet. x=x0; z=z0; for i=1:n y=d*x; % Mling fr transportforsinkelseselementet. ym=yt(nt); for k=nt:-1:2 yt(k)=yt(k-1); end yt(1)=y; e=r-ym; u=kp*e+z; z=z+dt*kp*e/ti; Y(i,1:2)=[ym y]; R(i,1)=r; U(i,1)=u; fx=a*x+b*u; % Implementering av transportforsinkelse. % Beregner reguleringsavviket. % Implementering av PI-regulator. % (integrerer med eksplisitt Euler.) % Lagrer systemvariable. % Paatrykker paadraget paa prosessen. 4

x=x+dt*fx; end % (integrerer med eksplisitt Euler.) %%% Plotter resultatene subplot(211), plot(t,u), grid title( Simulering av lukket system ), ylabel( u ) subplot(212), plot(t,[r Y(:,1)]), grid xlabel( Tid [s] ), ylabel( y og r ) print -deps ov6_fig1 MATLAB-script: ov6 1c 5

% ov6_1c.m % Formaal: Loesning til oving 6 oppgave 1c. % Benyttede toolbox er: control system toolbox for matlab. %%% Definerer h_p(s) num1=[0,0,1]; den1=[1,3,2]; hp1=tf(num1,den1); tau=2; [num2,den2]=pade(tau,2); % Definerer teller og nevner i h_p(s) % uten transportforsinkelsesleddet. % Pade-approksimasjon til transportforsinkelsen hp2=tf(num2,den2); hp=series(hp1,hp2); %%% Definerer h_c(s) Kp=5/9; Ti=1.25; num_hc=[kp*ti,kp]; den_hc=[ti,1e-6]; hc=tf(num_hc,den_hc); %%% definerer h_0(s)=h_p(s)*h_c(s) h0=series(hp,hc); %%% Definerer y/r=t(s)=h_p*h_c/(1+h_p*h_c) T=feedback(h0,1); %%% Bode-plot av T(s) figure(1), bode(t) %%% Tidsrespons i y etter enhetssprang i r. figure(2) step(t) 6