ais 07 id 53437 Nieznany (2)

background image

Automatyka i sterowanie

Krzysztof Marzjan

background image

Układy z czasem dyskretnym, jedno wejście – jedno wyjście (discrete-time single
input- single output –SISO)


Liniowe równania różnicowe

Różnica progresywna:

)

(

)

1

(

:

)

(

k

x

k

x

k

x

+

=

[

]

)

(

)

1

(

2

)

2

(

)

(

)

1

(

)

1

(

)

2

(

)

(

)

1

(

:

)

(

2

k

x

k

x

k

x

k

x

k

x

k

x

k

x

k

x

k

x

k

x

+

+

+

=

=

+

+

+

=

+

=

)

(

)

1

(

:

)

(

1

1

k

x

k

x

k

x

m

m

m

+

=

2

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

)

(

!

)!

(

!

)

1

(

)

(

0

i

k

m

x

i

i

m

m

k

x

m

i

i

m

+

=

=

background image

{

} {

} {

}

)

0

(

)

(

)

1

(

)

(

)

0

(

)

(

)

(

)

1

(

)

(

zx

z

X

z

z

X

zx

z

zX

k

x

Z

k

x

Z

k

x

Z

=

=

+

=

{

}

{

}

{

} {

}

(

)

(

)

[

]

(

)

)

0

(

)

0

(

)

1

(

)

(

1

)

0

(

)

1

(

)

0

(

)

1

(

)

(

1

)

1

(

)

0

(

)

2

(

)

(

1

)

(

)

0

(

2

)

(

2

)

1

(

)

0

(

)

(

)

(

)

1

(

2

)

2

(

)

(

2

2

2

2

2

2

x

z

x

z

z

z

X

z

x

x

z

x

z

z

z

X

z

zx

x

z

z

z

X

z

z

X

zx

z

zX

zx

x

z

z

X

z

k

x

Z

k

x

Z

k

x

Z

k

x

Z

=

=

=

=

=

+

+

=

=

+

+

+

=

{

}

=

=

1

0

1

)

0

(

)

1

(

)

(

)

1

(

)

(

m

i

i

i

m

m

m

x

z

z

z

X

z

k

x

Z

{

}

∑ ∑

=

=

=

m

i

i

m

k

k

i

m

i

m

m

k

x

z

i

i

m

m

z

z

X

z

k

x

Z

0

1

0

)

(

!

)!

(

!

)

1

(

)

(

)

1

(

)

(

3

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

background image

Liniowe równania różnicowe:

)

(

)

(

~

)

(

~

)

(

~

)

(

~

0

1

1

1

kT

f

kT

y

a

kT

y

a

kT

y

a

kT

y

a

n

n

n

n

=

+

+

+

+

L

)

(

~

)

(

~

)

(

~

)

(

~

)

(

0

1

1

1

kT

u

b

kT

u

b

kT

u

b

kT

u

b

kT

f

n

n

n

n

+

+

+

+

=

L

warunki początkowe:

)

0

(

),

0

(

,

),

0

(

1

y

y

y

n

L

)

(

!

)!

(

!

)

1

(

)

(

0

i

k

m

x

i

i

m

m

k

x

m

i

i

m

+

=

=

(

)

(

)

(

)

)

(

)

(

)

1

(

)

1

(

)

(

0

1

1

kT

f

kT

y

a

T

k

y

a

T

k

n

y

a

T

n

k

y

a

n

n

=

+

+

+

+

+

+

+

L

(

)

(

)

(

)

)

(

)

1

(

)

1

(

)

(

)

(

0

1

1

kT

u

b

T

k

u

b

T

k

n

u

b

T

n

k

u

b

kT

f

n

n

+

+

+

+

+

+

+

=

L

warunki początkowe:

)

0

(

),

1

(

,

),

1

(

x

y

n

y

L

{

}

=

=

=

⎟⎟

⎜⎜

=

+

1

0

1

0

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

m

i

i

m

m

m

i

i

m

z

i

x

z

X

z

z

i

x

z

X

z

m

k

x

Z

4

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

background image

)

(

)

0

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

2

0

1

1

0

0

1

1

1

z

F

zy

a

z

i

y

a

z

i

y

a

z

Y

a

z

zY

a

z

Y

z

a

z

Y

z

a

n

i

i

n

n

n

i

i

n

n

n

n

n

n

+

+

+

+

=

=

+

+

+

+

=

=

K

K

)

0

(

)

(

)

(

)

(

1

2

0

1

1

0

1

0

zy

a

z

i

y

a

z

i

y

a

z

A

z

L

n

i

i

n

n

n

i

i

n

n

n

i

i

i

+

+

+

=

=

=

=

=

K

)

1

(

)

1

(

)

0

(

2

1

1

+

+

+

=

n

y

a

y

a

y

a

A

n

L

)

2

(

)

1

(

)

0

(

3

2

2

+

+

+

=

n

y

a

y

a

y

a

A

n

L

....................................

)

0

(

y

a

A

n

n

=

znika dla zerowych warunków początkowych

0

1

1

1

)

(

a

z

a

z

a

z

a

z

M

n

n

n

n

+

+

+

+

=

K

5

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

wielomian charakterystyczny

background image

)

(

)

(

)

(

)

(

0

z

F

z

L

z

Y

z

M

+

=

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

0

z

M

z

F

z

M

z

L

z

Y

+

=

+

=

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

0

1

z

M

z

F

Z

z

M

z

L

Z

kT

y

zerowe sterowanie:

)

(

)

(

)

(

0

z

M

z

L

z

Y

=

,

=

)

(

)

(

)

(

0

1

z

M

z

L

Z

kT

y


zerowe warunki początkowe

)

(

)

(

)

(

z

M

z

F

z

Y

=

,

=

)

(

)

(

)

(

1

z

M

z

F

Z

kT

y

6

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

(

)

)

(

)

(

)

(

)

(

0

1

1

1

z

U

z

L

z

U

b

z

b

z

b

z

b

z

F

n

n

n

n

=

+

+

+

+

=

L

background image

Transmitancja dyskretna:

7

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

)

(

)

(

)

(

),

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

z

M

z

L

z

G

z

U

z

G

z

U

z

M

z

L

z

Y

=

=

=

background image

8

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

Impulsowanie i ekstrapolacja

out

x(t)

f(u)

IMPULSATOR

T

Ekstrapolator

in

f(t)

5

,

0

)

(

)

(

)

(

*

=

T

t

x

t

f

t

f

[

]

)

(

)

(

)

(

1

1

1

)

(

)

(

)

(

1

)

(

1

)

(

)

(

)

(

)

(

*

0

)

1

(

0

0

s

f

s

E

e

kT

f

s

e

e

s

e

s

kT

f

s

x

T

kT

t

kT

t

kT

f

t

x

T

kT

t

kT

kT

f

t

x

kTs

k

Ts

Ts

k

kTs

k

k

=

=

=

⎥⎦

⎢⎣

=

=

+

<

=

=

+

=

=

2T

10T

20T

background image

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

0

*

kT

t

t

f

kT

t

kT

f

t

f

k

k

=

=

−∞

=

=

δ

δ

[ ]

{

}

Ts

e

z

k

Ts

k

kTs

k

kT

f

Z

e

kT

f

e

kT

f

s

f

=

=

=

=

=

=

)

(

)

(

)

(

)

(

0

0

*

Jak obliczyć transmitancję dyskretną:
Jeżeli układ o wejściu u i wyjściu y składa się z impulsatora i części ciągłej o transmitancji G(s), to na wejście G(s)
do chwili t trafia ciąg impulsów Diraca

)

(

)

(

iT

t

iT

u

δ

. Żeby obliczyć y(t) trzeba zsumować odpowiedzi impulsowe

G(s) na wszystkie impulsy do chwili t. Tak więc:

{

}

)

(

)

(

1

s

G

L

t

g

=

[

]

=

=

k

i

iT

u

T

i

k

g

kT

y

0

)

(

)

(

)

(

jest splotem ciągów u(kT) i g(kT), transformata Z będzie więc iloczynem transformat

{

}

)

(

)

(

)

(

z

U

kT

g

Z

z

Y

=

czyli

9

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

{

}

)

(

)

(

kT

g

Z

z

G

=

background image

Odpowiedź impulsowa

{

}

kT

t

s

G

L

kT

g

=

=

)

(

)

(

1

(zerowe war. pocz.)

{

}

{

}

{

}

)

(

)

(

)

(

1

z

G

s

G

L

Z

kT

g

Z

kT

t

=

=

=

odpowiedź na dowolne wymuszenie przy zerowych warunkach początkowych jest splotem odpowiedzi impulsowej i
tego wymuszenia

Odpowiedź skokowa

10

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

=

1

)

(

)

(

1

z

z

z

G

Z

kT

h

(zerowe war. pocz.)

background image

Wpływ położenia biegunów transmitancji na odpowiedź układu

=

=

=

=

=

m

i

m

i

i

i

i

i

i

z

z

z

B

z

A

z

z

C

z

B

z

A

z

F

1

1

1

)

(

'

)

(

)

(

)

(

)

(

)

1

(

1

)

(

'

)

(

)

(

1

1

=

=

k

z

z

B

z

A

k

f

m

i

k

i

i

i


Odpowiedź jednostkowa układu o transmitancji

)

(

)

)(

(

)

(

,

)

(

)

(

)

(

2

1

n

z

z

z

z

z

z

z

M

z

M

z

L

z

G

=

=

L

=

1

)

(

)

(

1

z

z

z

G

Z

kT

h

(zerowe war. pocz.)

)

(

1

)

(

)

1

(

)

(

)

1

(

)

1

(

)

(

)

1

(

)

(

)

(

1

1

kT

z

z

M

z

z

L

M

L

z

M

z

z

zL

Z

kT

h

k

i

n

i

i

i

i

=

+

=

=

składowa przejściowa

składowa ustalona

11

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

background image

12

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

( )

⎟⎟

⎜⎜

⎟⎟

⎜⎜

+

+

+

+

=

)

(

'

)

1

(

)

(

arg

)

arg(

cos

)

(

'

)

1

(

)

(

2

)

(

1

)

(

'

)

1

(

)

(

)

1

(

)

1

(

)

(

,

i

i

i

i

C

z

z

k

i

i

i

i

R

z

k

i

i

i

i

z

M

z

z

L

z

k

z

z

M

z

z

L

kT

z

z

M

z

z

L

M

L

kT

h

i

i

i

background image

Ekwiwalentne obszary płaszczyzn s i z

[ ]

{

}

Ts

e

z

k

k

Ts

k

kTs

kT

f

Z

e

kT

f

e

kT

f

s

f

=

=

=

=

=

=

)

(

)

(

)

(

)

(

0

0

*

ω

σ

j

s

+

=

T

j

T

e

e

z

ω

σ

=

T

z

e

z

T

ω

σ

=

=

)

arg(

,

⎛ +

+

=

c

T

j

s

π

ω

σ

2

(

)

T

j

T

c

T

jT

T

c

T

j

T

e

e

e

e

e

e

z

ω

σ

π

ω

σ

π

ω

σ

=

=

=

⎛ +

+

2

2

T

i

π

ω

2

=

13

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

Płaszczyzna z

Płaszczyzna s

-jω

i

/2

-3

i

/2

i

/2

3

i

/2

ω

i

background image

Płaszczyzna z

Płaszczyzna s

-jω

i

/2

-3

i

/2

i

/2

3

i

/2

a

b

c

d

a

b

c

d

e

e

1)

1

0

<

<

z

σ

2)

,

T

j

e

z

ω

σ

=

= 0

1

=

z

3) a)

π

ω

j

i

e

z

j

s

=

=

2

,

b)

1

0

=

=

z

s

,

c)

π

ω

j

i

e

z

j

s

=

=

2

,

d)

π

σ

ω

σ

j

T

i

e

e

z

j

s

=

+

=

2

,

14

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

e)

π

σ

ω

σ

j

T

i

e

e

z

j

s

=

=

2

background image

Płaszczyzna z

Płaszczyzna s

-jω

2

-jω

i

/2

1

i

/2

1

2

e

1

T

e

2

T

z=e

T(σ-jω

2

)

z=e

T(σ+jω

1

)

4)

const

z

const

=

=

σ

5)

T

e

z

1

1

σ

σ

σ

<

<

15

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

6)

const

T

z

const

=

=

=

ω

ω

)

arg(

background image

Transmitancja widmowa

)

sin(

)

(

t

U

t

u

ω

=

T

Ue

Ue

kT

U

i

jk

kT

j

i

ω

ω

ω

ω

=

=

=

)

(

~

i

j

e

z

z

U

z

G

z

U

z

G

z

Y

ω

=

=

)

(

)

(

~

)

(

)

(

~

ustalona część odpowiedzi:

i

i

i

i

j

jk

j

k

j

e

z

ust

Ue

e

G

z

e

z

z

U

z

G

Res

kT

y

ω

ω

ω

ω

)

(

)

(

)

(

~

1

=

=

=

)

(

)

(

i

i

j

j

e

z

e

G

z

G

ω

ω

=

=

- transmitancja widmowa

)

(

i

j

G

ω

)

(

)

(

)

(

i

i

i

jQ

P

j

G

ω

ω

ω

+

=

)

(

)

(

i

i

P

P

ω

ω

=

)

(

)

(

i

i

Q

Q

ω

ω

=

charakterystyki częstotliwościowe:

16

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

amplitudowo-fazowa, amplitudowa, fazowa, logarytmiczne

background image

Wyznacz transmitancje i odpowiedzi układu:

s

K

s

e

sT

1

T

y(kT)

y(t)

1

1

)

(

=

z

KT

z

G

1

1

)

(

)

(

=

=

=

i

i

i

j

j

j

e

z

e

KT

e

G

z

G

ω

ω

ω

dla KT=1,

π

ω

π

<

<

i

:

17

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

background image

18

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

background image

Jeśli układ ma wiele wejść i wyjść, to można opisać go macierzą transmitancji dyskretnych:

=

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

1

11

z

G

z

G

z

G

z

G

z

G

mr

m

r

L

M

O

M

L

)

(

)

(

)

(

z

U

z

Y

z

G

j

i

ij

=

=

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

1

1

11

1

z

U

z

U

z

G

z

G

z

G

z

G

z

Y

z

Y

r

mr

m

r

m

M

L

M

O

M

L

M

19

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

)

(

)

(

)

(

z

U

z

G

z

Y

=

background image

Opis układów dyskretnych w przestrzeni stanów

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

]

)

1

[(

kT

Du

kT

Cx

kT

y

kT

Bu

kT

Ax

T

k

x

+

=

+

=

+

20

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

1

z

u(kT)

x[(k+1)T]

y(kT)

x(kT)

background image

Układ ciągły:

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

t

u

D

t

x

C

t

y

t

u

B

t

x

A

t

x

dt

d

c

c

c

c

c

c

+

=

+

=


poprzedzony ekstrapolatorem zerowego rzędu (odpowiedniego wymiaru) i impulsatorem:

+

=

t

t

c

c

t

A

t

t

A

d

u

B

e

t

x

e

t

x

c

c

0

0

)

(

)

(

)

(

)

(

0

)

(

τ

τ

τ

)

(

)

(

,

)

1

(

,

0

kT

u

t

u

T

k

t

kT

t

c

=

+

=

=

+

+

=

+

t

t

c

T

k

A

T

A

d

kT

u

B

e

kT

x

e

T

k

x

c

c

0

)

(

)

(

]

)

1

[(

}

}

)

1

{[(

τ

τ

21

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

+

+

=

+

t

t

c

T

k

A

T

A

kT

u

B

d

e

kT

x

e

T

k

x

c

c

0

)

(

)

(

]

)

1

[(

}

}

)

1

{[(

τ

τ

background image

=

=

=

+

T

c

A

t

t

c

T

k

A

T

A

B

d

e

B

d

e

B

e

A

c

c

c

0

)

)

1

((

0

,

τ

τ

τ

τ

gdy

0

det

c

A

[

]

c

T

A

c

T

c

A

B

I

e

A

B

d

e

B

c

c

=

=

1

0

τ

τ

22

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

0

)

det(

)

det(

)

(

=

=

=

T

A

tr

T

A

T

A

c

c

c

e

e

A

e

A

background image

Rozwiązanie:

)

(

)

(

]

)

1

[(

kT

Bu

kT

Ax

T

k

x

+

=

+

)

0

(

)

0

(

)

(

Bu

Ax

T

x

+

=

)

(

)

0

(

)

0

(

)

(

)

(

)

2

(

2

T

Bu

ABu

x

A

T

Bu

T

Ax

T

x

+

+

=

+

=

)

2

(

)

(

)

0

(

)

0

(

)

3

(

)

2

(

)

3

(

2

3

T

Bu

T

ABu

Bu

A

x

A

T

Bu

T

Ax

T

x

+

+

+

=

+

=

.....................................................................

23

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

]

)

[(

)

0

(

)

(

)

0

(

)

(

1

1

1

0

1

T

i

k

Bu

A

x

A

i

Bu

A

x

A

kT

x

k

i

i

k

k

i

i

k

k

+

=

+

=

=

=

background image

Operatorowo

)

(

)

(

)

0

(

)

(

z

Bu

z

AX

zx

z

zX

+

=

(

) (

)

)

(

)

0

(

)

(

1

z

Bu

zx

A

zI

z

X

+

=

(

)

{

}

1

1

=

A

zI

z

Z

A

k

macierz tranzycyjna

(

)

{

}

1

1

1

=

A

zI

Z

A

k

(

) (

)

)

(

)

(

)

0

(

)

(

)

(

)

(

1

z

Du

z

Bu

zx

A

zI

C

z

Du

z

CX

z

Y

+

+

=

+

=

(

)

)

(

]

[

)

(

0

)

0

(

1

z

u

D

B

A

zI

C

z

Y

x

+

=

=

24

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

(

)

D

B

A

zI

C

z

G

+

=

−1

)

(

macierz transmitancji dyskretnych

background image

Postać modalna rozwiązania:
A ma n różnych wartości własnych z

i

Macierzą przekształcenia przez podobieństwo do postaci diagonalnej jest macierz, której kolumnami są wektory
własne:

[

]

n

v

v

v

V

L

2

1

=

=

Λ

n

z

z

z

L

M

O

M

M

L

L

0

0

0

0

0

0

2

1

n

i

v

z

v

A

i

i

i

,

,

2

,

1 K

=

=

Λ

= V

AV

25

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

1

Λ

=

V

V

A

Λ

=

AV

V

1

background image

1

2

1

1

2

Λ

=

Λ

Λ

=

V

V

V

V

V

V

A

1

3

1

1

2

3

Λ

=

Λ

Λ

=

V

V

V

V

V

V

A

.........................

1

Λ

=

V

V

A

k

k

,

=

Λ

k

n

k

k

k

z

z

z

L

M

O

M

M

L

L

0

0

0

0

0

0

2

1

=

=

T

n

T

T

w

w

w

W

V

M

2

1

1

:

( )

T

j

j

n

j

k

j

k

k

w

v

z

V

V

A

=

=

Λ

=

1

1

26

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

( )

( )

]

)

[(

)

0

(

]

)

[(

)

0

(

)

(

1

0

1

1

0

1

T

i

k

Bu

w

v

z

x

w

v

z

T

i

k

Bu

A

x

A

kT

x

k

i

T

j

j

n

j

i

j

T

j

j

n

j

k

j

k

i

i

k

+

=

+

=

∑∑

=

=

=

=

background image

( )

( )

]

)

[(

)

0

(

)

(

1

0

1

1

T

i

k

Bu

z

w

v

x

w

v

z

kT

x

i

j

k

i

n

j

T

j

j

T

j

j

n

j

k

j

+

=

=

=

=

część swobodna

część wymuszona

27

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

background image

Opis układu w przestrzeni stanów:

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

]

)

1

[(

kT

Du

kT

Cx

kT

y

kT

Bu

kT

Ax

T

k

x

+

=

+

=

+

x(kT) – wektor zmiennych stanu o wymiarze nx1,
u(kT) – wektor wejść/sterowań o wymiarze rx1
y(kT) – wektor wyjść o wymiarze mx1
wprowadzamy nowe zmienne stanu:

0

det

),

(

)

(

=

P

kT

x

kT

Pq

)

(

)

(

]

)

1

[(

kT

Bu

kT

APq

T

k

Pq

+

=

+

nowe równanie stanu

)

(

)

(

)

(

kT

Du

kT

CPx

kT

y

+

=

nowe równanie wyjścia

)

(

)

(

]

)

1

[(

1

1

kT

Bu

P

kT

APq

P

T

k

q

+

=

+

nowe równanie stanu

28

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

)

(

)

(

)

(

kT

Du

kT

CPx

kT

y

+

=

nowe równanie wyjścia

background image

B

P

B

AP

P

A

kT

u

B

kT

q

A

T

k

q

1

1

~

,

~

)

(

~

)

(

~

]

)

1

[(

=

=

+

=

+

CP

C

kT

Du

kT

x

C

kT

y

=

+

=

~

)

(

)

(

~

)

(

wartości własne

nowej macierzy stanu

są takie same

jak starej!!


Jaka będzie transmitancja:

[

]

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

~

)

~

(

~

)

(

~

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

z

G

D

B

A

zI

C

D

B

PP

A

zI

CPP

D

B

P

P

A

zI

P

CP

D

B

P

AP

P

zI

CP

D

B

A

zI

C

z

G

=

+

=

=

+

=

+

=

=

+

=

+

=


liniowe przekształcenie zmiennych stanu nie zmienia transmitancji!!

29

Automatyka i sterowanie – układy dyskretne

1

1

1

)

(

=

M

N

MN

bo


Document Outline


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
HYDROLOGIA 07 id 207788 Nieznany
ais 03 id 53431 Nieznany (2)
hih kolo kolo2 07 id 709394 Nieznany
I CSK 304 07 1 id 208210 Nieznany
Fizjologia Cwiczenia 07 id 1743 Nieznany
III CSK 302 07 1 id 210245 Nieznany
G2 PB 02 B Rys 3 07 id 185395 Nieznany
Bazy danych w03 07 id 81702 Nieznany
CwiczenieArcGIS 07 id 125941 Nieznany
ais 01 id 53429 Nieznany (2)
DAB 07 id 130775 Nieznany
III CZP 65 07 id 210286 Nieznany
ais 04 id 53433 Nieznany (2)
ais d05 id 53449 Nieznany (2)
ais d01 id 53441 Nieznany (2)
EGK 07 id 151005 Nieznany
06 07 id 418349 Nieznany (2)
ais d03 id 53445 Nieznany (2)

więcej podobnych podstron