background image

Automatyka i sterowanie

Krzysztof Marzjan

background image

 

Zadanie 1  

Dla elementu o transmitancji operatorowej 

2

3

1

2

)

(

+

+

=

s

s

s

G

1.  oblicz i naszkicuj odpowiedź impulsową 

)

)

(t

g

2.  oblicz i naszkicuj odpowiedź jednostkową 

(t

h

{

}

=

+

+

=

=

2

3

1

2

)

(

)

(

1

1

s

s

L

s

G

L

t

g

 

⎪⎪

⎪⎪

+

+

=

⎪⎪

⎪⎪

+

+

=

3

2

6

1

1

3

2

3

2

2

1

3

2

1

1

s

L

s

s

L

 

)

(

1

9

1

)

(

3

2

)

(

3

2

t

e

t

t

g

t

=

δ

 

2 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

g(t

background image

 

=

+

+

=

=

)

2

3

(

1

2

)

(

)

(

1

1

s

s

s

L

s

s

G

L

t

h

 

+

+

=

⎪⎪

⎪⎪

⎛ +

+

=

3

2

3

2

3

2

2

1

3

2

2

1

1

1

s

A

s

A

L

s

s

s

L

 





=

+

=

=

+

+

=

=

=

4

1

2

1

4

3

3

2

2

1

3

2

2

0

1

s

s

s

s

A

s

s

A

 

)

(

1

6

1

2

1

)

(

3

2

t

e

t

h

t

⎪⎭

⎪⎩

+

=

 

3

2

6

1

2

1

)

0

(

=

+

=

h

  

2

1

)

(

=

h

 

3 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

h(t

background image

 

Zadanie 2  

Dla elementu o transmitancji operatorowej 

3

2

2

)

(

+

+

=

s

s

s

G

1.  oblicz i naszkicuj odpowiedź impulsową 

)

)

(t

g

2.  oblicz i naszkicuj odpowiedź jednostkową 

(t

h

{

}

=

+

+

=

=

3

2

2

)

(

)

(

1

1

s

s

L

s

G

L

t

g

 

+

+

=

+

+

=

2

3

2

1

1

2

1

2

3

2

2

1

1

1

s

L

s

s

L

 

)

(

1

4

1

)

(

2

1

)

(

2

3

t

e

t

t

g

t

+

=

δ

 

4 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

g(t

background image

 

=

+

+

=

=

)

3

2

(

2

)

(

)

(

1

1

s

s

s

L

s

s

G

L

t

h

 

+

+

=

⎪⎪

⎪⎪

⎛ +

+

=

2

3

2

1

2

3

2

2

1

2

1

1

1

s

A

s

A

L

s

s

s

L

 

⎪⎪

⎪⎪

=

+

=

=

+

+

=

=

=

3

1

2

3

4

2

3

2

2

3

2

0

1

s

s

s

s

A

s

s

A

 

)

(

1

6

1

3

2

)

(

2

3

t

e

t

h

t

⎪⎭

⎪⎩

=

 

2

1

6

1

3

2

)

0

(

=

=

h

  

3

2

)

(

=

h

 

5 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

h(t

background image

 

 

Zadanie 3  
Dla nieobciążonego czwórnika przedstawionego na rysunku wyznacz: 
1. równanie różniczkowe opisujące dynamikę, 
2. transmitancję operatorową, 
3.  opis w przestrzeni stanów 
4. odpowiedź impulsową 

,

 

)

)

(t

g

5. odpowiedź jednostkową 

,

 

(t

h

6. charakterystykę amplitudowo – fazową

 

7. logarytmiczne charakterystyki częstotliwościowe

 

 

6 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

u

1

(t)

u

2

(t) 

C

R

background image

 

1. 

( )

( )

( )

[

]

t

u

t

u

R

t

i

C

2

1

1

=

 

 

   

( )

( )

( )

t

u

t

Ri

t

Ri

C

C

+

= 2

1

 

 
 

 

( )

( )

( )

( )

[

]

0

1

1

1

=

+

t

i

t

i

R

t

Ri

t

u

C

 

 
 

 

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

[

]

t

u

t

u

t

u

t

Ri

t

u

t

u

t

Ri

t

Ri

t

Ri

t

u

t

u

t

Ri

t

Ri

C

C

C

C

C

C

C

1

2

1

1

1

1

4

5

2

1

0

2

4

0

2

0

2

=

=

+

=

=

 

7

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

u

1

(t) 

u

2

(t)

C

R

R

u

u

i

c

2

1

=

1

i

background image

 

 

( )

( )

( )

( )

( )

( )

[

]

( )

( )

( )

( )

t

u

dt

t

du

RC

t

u

dt

t

du

RC

t

u

t

u

dt

d

RC

t

u

t

u

dt

t

du

C

t

i

C

C

1

1

2

2

1

2

2

1

2

4

2

5

4

5

2

2

+

=

+

=

=

 

2. 

( )

2

5

2

4

+

+

=

RCs

RCs

s

G

 

3. 

( )

( )

t

i

dt

t

du

C

C

C

=

 

 

( )

( )

( )

[

]

t

u

t

u

R

t

i

C

2

1

1

=

 

 

 

 

( )

( )

( )

t

u

t

u

t

u

C

1

2

5

4

5

2

+

=

 

8

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

( )

( )

( )

t

u

t

u

t

u

C

1

2

4

5

2

=

  

 

 

( )

( )

( )

t

u

R

t

u

R

t

i

C

C

1

5

1

5

2

+

=

 

background image

 

 

( )

( )

( )

t

u

R

t

u

R

dt

t

du

C

C

C

1

5

1

5

2

+

=

 

 

( )

( )

( )

t

u

t

u

t

u

C

1

2

5

4

5

2

+

=

 

 

 

( )

( )

( )

t

u

RC

t

u

RC

dt

t

du

C

C

1

5

1

5

2

+

=

 

równanie stanu

 

 

( )

( )

( )

t

u

t

u

t

u

C

1

2

5

4

5

2

+

=

   

 

równanie wyjścia

 

 

 

RC

B

RC

A

5

1

5

2

=

=

 

9

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

5

4

5

2

=

=

D

C

 

background image

 

4. 

{

}

+

+

=

=

2

5

2

4

)

(

)

(

1

1

RCs

RCs

L

s

G

L

t

g

 

 

+

+

=

+

+

=

RC

s

RC

L

RC

s

RC

s

L

t

g

5

2

10

1

1

5

4

5

2

2

1

5

4

)

(

1

1

 

 

( )

)

(

1

25

2

)

(

5

4

5

2

t

e

RC

t

t

g

t

RC

+

=

δ

 

10

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

0

2.5

5

7.5

10

12.5

15

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

g(t

RC

1

background image

 

5. 

+

+

=

=

)

2

5

(

2

4

)

(

)

(

1

1

RCs

s

RCs

L

s

s

G

L

t

h

 

+

+

=

⎪⎪

⎪⎪

⎛ +

+

=

RC

s

A

s

A

L

RC

s

s

RC

s

L

t

h

5

2

5

4

5

2

2

1

5

4

)

(

2

1

1

1

 





=

+

=

=

+

+

=

=

=

4

1

2

1

4

5

5

2

2

1

5

2

2

0

1

RC

s

s

s

RC

s

A

RC

s

RC

s

A

 

11

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

)

(

1

5

1

1

)

(

5

2

t

e

t

h

t

RC

⎪⎭

⎪⎩

=

  

5

4

5

1

1

)

0

(

=

=

h

   

1

)

(

=

h

 

background image

 

0

2.5

5

7.5

10

12.5

15

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

 

12

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

h(t

background image

 

6.  Charakterystyka amplitudowo – fazowa 
 Postać wykładnicza transmitancji widmowej 

 

2

5

2

4

)

(

+

+

=

ω

ω

ω

RCj

RCj

j

G

 

 

RC

T

=

 

 

( )

2

2

20

4

2

2

2

2

2

2

5

2

2

2

2

2

4

25

4

16

4

25

4

16

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

T

T

jarctg

T

arctg

T

arctg

j

e

T

T

e

T

T

j

G

+

+

+

=

+

+

=

 

 Postać algebraiczna transmitancji widmowej 

 

( )

( )

( )

4

25

2

4

25

20

4

4

25

2

20

4

5

2

5

2

5

2

4

2

2

5

2

4

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

+

=

+

+

=

+

+

=

+

+

=

+

+

=

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

T

T

Q

T

T

P

T

jT

T

Tj

Tj

Tj

Tj

Tj

Tj

j

G

 

13

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

background image

 

 Równanie 

charakterystyki amplitudowo – fazowej 

 

( )

( )

4

25

4

16

2

2

2

2

2

2

+

+

=

+

ω

ω

ω

ω

T

T

Q

P

 

 

(

)

( )

( )

(

)

( )

(

)

( )

(

)

( )

(

)

4

5

5

1

4

1

4

4

5

5

20

4

4

25

2

2

2

2

2

2

2

2

=

=

+

=

+

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

P

T

P

P

P

T

T

P

T

 

 

( )

( )

( )

(

)

( )

(

)

( )

(

)

( )

(

)

( )

( )

( )

( )

80

100

100

100

80

100

64

64

4

4

5

5

1

4

25

4

4

5

5

1

4

16

2

2

2

2

2

2

+

+

=

+

+

=

+

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

P

P

P

P

P

T

P

T

P

T

P

T

Q

P

 

14

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

( )

( )

( )

5

4

5

9

2

2

=

+

ω

ω

ω

P

Q

P

 

background image

 

 

( )

( )

( )

( )

2

2

2

2

2

10

1

10

9

5

4

100

81

10

9

=

+

⎥⎦

⎢⎣

=

+

⎥⎦

⎢⎣

ω

ω

ω

ω

Q

P

Q

P

 

 

( )

( )

0

0

<

>

ω

ω

Q

P

 

 

15

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

0.8

0.82

0.84

0.86

0.88

0.9

0.92

0.94

0.96

0.98

1

-0.1

-0.09

-0.08

-0.07

-0.06

-0.05

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0

charakterystyka amplitudowo - fazowa

background image

 

7.  Charakterystyki: amplitudowo – częstotliwościowa i fazowo – częstotliwościowa. 
 Równanie 

charakterystyki amplitudowo – częstotliwościowej 

 

( )

( )

( )

dB

L

L

T

T

L

2

25

16

log

20

lim

0

1

log

20

lim

4

25

4

16

log

20

0

2

2

2

2

=

=

=



+

+

=

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

 

 

Równanie charakterystyki fazowo – częstotliwościowej 

 

( )

ω

ω

ω

ϕ

T

arctg

T

arctg

2

5

2

=

 

16

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

( )

2

2

2

2

2

2

2

2

25

4

10

4

1

2

2

5

4

25

1

1

2

4

1

1

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ϕ

T

T

T

T

T

T

T

T

+

+

=

+

+

=

 

background image

 

 

( )

(

)

(

)

(

)(

)

2

2

2

2

2

2

2

2

25

4

4

1

4

1

10

25

4

2

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ϕ

T

T

T

T

T

T

+

+

+

+

+

=

 

 

 

 

(

)

(

)

0

4

1

10

25

4

2

2

2

2

2

=

+

+

ω

ω

ω

ω

T

T

T

T

 

 

 

 

 

0

40

10

50

8

2

2

2

2

=

+

ω

ω

T

T

 

 

 

 

2

10

2

2

=

ω

T

 

T

5

5

=

ω

 

 

45

,

0

5

5 ≈

=

T

ω

 

17

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

0

2

2

2

2

4

,

6

20

5

5

1

20

4

5

5

2

20

4

2

=

+

=

+

=

arctg

T

T

T

T

arctg

T

T

arctg

min

ω

ω

ϕ

 

background image

 

 

18

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

10

-2

10

-1

10

0

10

1

10

2

-2

-1.5

-1

-0.5

0

charakterystyka amplitudowo-czestotliwoœciowa

10

-2

10

-1

10

0

10

1

10

2

-8

-6

-4

-2

0

charakterystyka fazowo-czestotliwoœciowa

]

[dB

ω 

ω 

L(ω

φ(ω

]

[

0

background image

 

Zadanie 4  
Dla nieobciążonego czwórnika przedstawionego na rysunku wyznacz: 
1. równanie różniczkowe opisujące dynamikę, 
2. transmitancję operatorową, 
3.  opis w przestrzeni stanów 
4. odpowiedź impulsową 

,

 

)

)

(t

g

5. odpowiedź jednostkową 

,

 

(t

h

6. charakterystykę amplitudowo – fazową

 

7. logarytmiczne charakterystyki częstotliwościowe

 

19

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

u

1

(t)

u

2

(t)

R

R

L

R

background image

 

1. 

( )

( )

( )

[

]

( )

( )

[

]

( )

( )

[

]

t

u

t

u

R

t

u

t

u

R

t

u

t

u

R

t

i

L

2

1

2

1

2

1

3

2

1

=

+

=

 

   

 

)

(

3

)

(

3

)

(

)

(

2

)

(

2

)

(

2

1

2

1

1

t

u

t

u

t

u

t

u

t

u

t

u

L

+

+

=

 

 

 

)

(

4

)

(

5

)

(

1

2

t

u

t

u

t

u

L

=

 

 

   

[

]

)

(

4

)

(

3

)

(

5

)

(

3

)

(

3

)

(

3

)

(

4

)

(

5

)

(

)

(

1

1

2

2

2

1

1

2

t

u

dt

t

du

R

L

t

u

dt

t

du

R

L

t

u

t

u

dt

d

R

L

t

u

t

u

dt

t

di

L

t

u

L

L

+

=

+

=

=

 

 

20

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

u

1

(t)

u

2

(t)

R

R

L

R

[

]

R

t

u

t

u

)

(

)

(

2

2

1

R

t

u

t

u

)

(

)

(

2

1

background image

 

2. 

5

3

4

3

)

(

+

+

=

s

R

L

s

R

L

s

G

 

 
 

3. 

)

(

)

(

t

u

dt

t

di

L

L

L

=

 

 

 

 

( )

( )

( )

t

u

t

u

t

Ri

L

2

1

3

3

=

   

 

 

( )

( )

( )

t

u

t

Ri

t

u

L

1

2

3

1

+

=

 

 

)

(

4

)

(

5

)

(

1

2

t

u

t

u

t

u

L

=

   

 

 

 

( )

( )

t

u

t

Ri

t

u

L

L

1

3

5

)

(

+

=

 

 

21

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

 

background image

 

 

( )

( )

t

u

t

Ri

dt

t

di

L

L

L

1

3

5

)

(

+

=

  

 

 

( )

( )

( )

t

u

t

Ri

t

u

L

1

2

3

1

+

=

 

 

( )

( )

t

u

L

t

i

L

R

dt

t

di

L

L

1

1

3

5

)

(

+

=

 

równanie stanu

 

 

( )

( )

( )

t

u

t

Ri

t

u

L

1

2

3

1

+

=

  

równanie wyjścia 

 

L

B

L

R

A

1

3

5

=

=

 

22

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

1

3

1

=

=

D

R

C

 

background image

 

4. 

{

}

+

+

=

=

5

3

4

3

)

(

)

(

1

1

s

R

L

s

R

L

L

s

G

L

t

g

 

 

+

+

=

L

R

s

L

R

L

t

g

3

5

3

1

1

)

(

1

 

 

)

(

1

3

1

)

(

)

(

3

5

t

e

L

R

t

t

g

t

L

R

=

δ

 

23

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

0

0.6

1.2

1.8

2.4

3

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

g(t

t 

background image

 

5. 

+

+

=

⎪⎪

⎪⎪

+

+

=

=

5

3

5

3

4

3

)

(

)

(

2

1

1

1

1

s

R

L

A

s

A

L

s

R

L

s

s

R

L

L

s

s

G

L

t

h

 

 





=

+

=

=

+

+

=

=

=

5

1

3

4

5

4

3

5

3

4

3

5

2

0

1

L

R

s

s

s

L

R

s

A

L

R

s

L

R

s

A

 

24

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

( )

( )

t

e

t

h

t

L

R

1

5

1

5

4

3

5

⎪⎭

⎪⎩

+

=

 

 

( )

1

5

1

5

4

0

=

+

=

h

   

( )

5

4

=

h

 

background image

 

25

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

0

0.6

1.2

1.8

2.4

3

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

h(t

t 

background image

 

6.  Charakterystyka amplitudowo – fazowa 
 Postać wykładnicza transmitancji widmowej 

 

5

3

4

3

)

(

+

+

=

ω

ω

ω

j

R

L

j

R

L

j

G

 

 

R

L

T

=

 

 

( )

2

2

9

20

3

2

2

2

2

5

3

4

3

2

2

2

2

25

9

16

9

25

9

16

9

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

T

T

jarctg

T

arctg

T

arctg

j

e

T

T

e

T

T

j

G

+

+

+

=

+

+

=

 

 Postać algebraiczna transmitancji widmowej 

 

( )

( )

( )

25

9

3

25

9

9

20

25

9

3

9

20

3

5

3

5

3

5

3

4

5

3

4

3

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

+

=

+

+

=

+

+

+

=

+

+

=

+

+

=

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

T

T

Q

T

T

P

T

jT

T

Tj

Tj

Tj

Tj

Tj

Tj

j

G

 

26

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

background image

 

  Równanie charakterystyki amplitudowo – fazowej 

 

( )

( )

25

9

16

9

2

2

2

2

2

2

+

+

=

+

ω

ω

ω

ω

T

T

Q

P

 

 

(

)

( )

( )

(

)

( )

( )

( )

(

)

1

9

25

20

25

20

1

9

9

20

25

9

2

2

2

2

2

2

2

2

=

=

+

=

+

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

P

T

P

P

P

T

T

P

T

 

 

( )

( )

( )

( )

(

)

( )

( )

(

)

( )

( )

( )

( )

25

25

25

20

16

16

25

20

25

1

9

25

20

9

16

1

9

25

20

9

2

2

2

2

2

2

+

+

=

+

+

=

+

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

P

P

P

P

P

T

P

T

P

T

P

T

Q

P

 

 

( )

( )

( )

5

4

5

9

2

2

=

+

ω

ω

ω

P

Q

P

 

27

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

background image

 

 

( )

( )

( )

( )

2

2

2

2

2

10

1

10

9

5

4

100

81

10

9

=

+

⎥⎦

⎢⎣

=

+

⎥⎦

⎢⎣

ω

ω

ω

ω

Q

P

Q

P

 

 

( )

( )

0

0

>

>

ω

ω

Q

P

 

28

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

0.8

0.82

0.84

0.86

0.88

0.9

0.92

0.94

0.96

0.98

1

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

charakterystyka amplitudowo - fazowa

background image

 

7.  Charakterystyki: amplitudowo – częstotliwościowa i fazowo – częstotliwościowa. 
  Równanie charakterystyki amplitudowo – częstotliwościowej 

 

( )

( )

( )

0

1

log

20

lim

2

25

16

log

20

lim

25

9

16

9

log

20

0

2

2

2

2

=

=

=



+

+

=

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

L

dB

L

T

T

L

 

 

Równanie charakterystyki fazowo – częstotliwościowej 

 

( )

ω

ω

ω

ϕ

T

arctg

T

arctg

5

3

4

3

=

 

29

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

( )

2

2

2

2

2

2

2

2

9

25

15

9

16

12

5

3

25

9

1

1

4

3

16

9

1

1

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ϕ

T

T

T

T

T

T

T

T

+

+

=

+

+

=

 

background image

 

 

( )

(

)

(

)

(

)(

)

2

2

2

2

2

2

2

2

9

25

9

16

9

16

15

9

25

12

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ϕ

T

T

T

T

T

T

+

+

+

+

=

 

 

 

 

(

)

(

)

0

9

16

15

9

25

12

2

2

2

2

=

+

+

ω

ω

ω

ω

T

T

T

T

 

 

 

0

45

80

36

100

2

2

2

2

=

+

ω

ω

T

T

 

 

20

9

2

2

=

ω

T

 

T

3

5

2

=

ω

 

 

5

,

1

3

5

2

=

T

ω

 

 

0

2

2

2

2

4

,

6

20

5

9

20

9

20

3

5

2

3

9

20

3

=

+

=

+

=

arctg

T

T

T

T

arctg

T

T

arctg

max

ω

ω

ϕ

 

 

30

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

 

background image

 

 

 

31

 

 Automatyka i sterowanie  – przykłady 

 

 

10

-2

10

-1

10

0

10

1

10

2

-2

-1.5

-1

-0.5

0

charakterystyka amplitudowo-czestotliwoœciowa

10

-2

10

-1

10

0

10

1

10

2

0

2

4

6

8

charakterystyka fazowo-czestotliwoœciowa

L(ω

]

[

dB

ω 

ω 

φ(ω)

]

[

0


Document Outline