Modelowanie i obliczenia techniczne. Modelowanie matematyczne Metody modelowania

Podobne dokumenty
Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Modelowanie systemów mechatronicznych Platformy przetwarzania danych

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

Ekoenergetyka Matematyka 1. Wykład 1.

Opis systemów dynamicznych w przestrzeni stanu. Wojciech Kurek , Gdańsk

Dodawanie i mnożenie liczb zespolonych są działaniami wewnętrznymi tzn., że ich wynikiem jest liczba zespolona.

Systemy. Krzysztof Patan

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - podstawy matematyczne. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

3. Zapas stabilności układów regulacji 3.1. Wprowadzenie

Metody dokładne w zastosowaniu do rozwiązywania łańcuchów Markowa

3. Zapas stabilności układów regulacji 3.1. Wprowadzenie

Procedura modelowania matematycznego

Wprowadzenie do technik regulacji automatycznej. prof nzw. dr hab. inż. Krzysztof Patan

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - modelowanie matematyczne układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - modelowanie matematyczne układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Wybrane stany nieustalone transformatora:

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

Automatyka i robotyka ETP2005L. Laboratorium semestr zimowy

MES W ANALIZIE SPRĘŻYSTEJ UKŁADÓW PRĘTOWYCH

ZASTOSOWANIE GRANICZNYCH ZAGADNIEŃ ODWROTNYCH DO OKREŚLANIA DOPUSZCZALNYCH STĘŻEŃ SUBSTANCJI CHEMICZNYCH NA POWIERZCHNI TERENU

Optymalizacja (w matematyce) termin optymalizacja odnosi się do problemu znalezienia ekstremum (minimum lub maksimum) zadanej funkcji celu.

Podstawy Automatyki. wykład 1 ( ) mgr inż. Łukasz Dworzak. Politechnika Wrocławska. Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji (I-24)

Podstawy Automatyki. Wykład 2 - matematyczne modelowanie układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Tematyka egzaminu z Podstaw sterowania

WYMAGANIA NA POSZCZEGÓLNE OCENY Z MATEMATYKI W KLASACH I - III GIMNAZJUM. Rok szkolny 2015/16

Animowana grafika 3D. Opracowanie: J. Kęsik.

Zginanie Proste Równomierne Belki

1. Pojęcie równania różniczkowego jest to pewne równanie funkcyjne, które zapisać można w postaci ogólnej

PLAN REALIZACJI MATERIAŁU NAUCZANIA Z MATEMATYKI W KLASIE PIERWSZEJ GIMNAZJUM WRAZ Z OKREŚLENIEM WYMAGAŃ EDUKACYJNYCH

Rys 1 Schemat modelu masa- sprężyna- tłumik

Transmitancje układów ciągłych

Fizyka, II rok FS, FiTKE, IS Równania różniczkowe i całkowe, Zestaw 2a

Przedmowa 5. Rozdział 1 Przekształcenie Laplace a 7

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

Modelowanie i obliczenia techniczne. Model matematyczny w postaci transmitancji

Plan wykładu. Własności statyczne i dynamiczne elementów automatyki:

MIESZANY PROBLEM POCZĄTKOWO-BRZEGOWY W TEORII TERMOKONSOLIDACJI. ZAGADNIENIE POCZĄTKOWE

ZADANIA Z FUNKCJI ANALITYCZNYCH LICZBY ZESPOLONE

Podstawy Automatyki Zbiór zadań dla studentów II roku AiR oraz MiBM

jako analizatory częstotliwości

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

przy warunkach początkowych: 0 = 0, 0 = 0

ELEMENTY AUTOMATYKI PRACA W PROGRAMIE SIMULINK 2013

Dyskretne układy liniowe. Funkcja splotu. Równania różnicowe. Transform

Sposoby modelowania układów dynamicznych. Pytania

Kinematyka: opis ruchu

Przekształcenie Z. Krzysztof Patan

Transformata Laplace a to przekształcenie całkowe funkcji f(t) opisane następującym wzorem:

Sterowanie Serwonapędów Maszyn i Robotów

,..., u x n. , 2 u x 2 1

Przestrzeń liniowa R n.

Opis układów złożonych za pomocą schematów strukturalnych. dr hab. inż. Krzysztof Patan

Przeksztacenie Laplace a. Krzysztof Patan

PRZESTRZEŃ WEKTOROWA (LINIOWA)

STEROWANIE ADAPTACYJNE RUCHEM ROBOTA PODWODNEGO W PŁ ASZCZYŹ NIE PIONOWEJ

26. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE DRUGIEGO RZĘDU

Transformator Φ M. uzwojenia; siła elektromotoryczna indukowana w i-tym zwoju: dφ. = z1, z2 liczba zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego.

SYMULACJA ZAKŁÓCEŃ W UKŁADACH AUTOMATYKI UTWORZONYCH ZA POMOCĄ OBWODÓW ELEKTRYCZNYCH W PROGRAMACH MATHCAD I PSPICE

Technika regulacji automatycznej

Układy równań - Przykłady

W takim modelu prawdopodobieństwo konfiguracji OR wynosi. 0, 21 lub , 79. 6

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

ĆWICZENIE 5 BADANIE ZASILACZY UPS

Równanie Schrödingera dla elektronu w atomie wodoru Równanie niezależne od czasu w trzech wymiarach współrzędne prostokątne

Automatyzacja. Ćwiczenie 9. Transformata Laplace a sygnałów w układach automatycznej regulacji

Po zastosowaniu uproszczenia zgubiono więc ważną informację o układzie fizycznym, a zatem drugie rozwiązanie zadania jest niepoprawne.

18. Wprowadzenie do metod analizy i syntezy układów

Zadania zaliczeniowe z Automatyki i Robotyki dla studentów III roku Inżynierii Biomedycznej Politechniki Lubelskiej

Katedra Geotechniki i Budownictwa Drogowego. WYDZIAŁ NAUK TECHNICZNYCH Uniwersytet Warmińsko-Mazurski

Funkcje pola we współrzędnych krzywoliniowych cd.

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE ISSN X 38, s , Gliwice 2009

Dynamika układów podstawy analizy i symulacji. IV. Układy wielowymiarowe (MIMO)

METODY KOMPUTEROWE W MECHANICE

Rozwiązanie stateczności ramy MES

Automatyka i robotyka

Wielokryteriowa optymalizacja liniowa (WPL)

REKONSTRUKCJA OSTATNIEJ FAZY LOTU SAMOLOTU TU-154M. Opracował: prof. dr hab. inż. Grzegorz Kowaleczko

Instrukcja do laboratorium z cyfrowego przetwarzania sygnałów. Ćwiczenie 3. Transformata Z; blokowe struktury opisujące filtr

VIII Skalmierzycki Konkurs Interdyscyplinarny Z matematyka w XXI wieku

Wykład 7: Warunkowa wartość oczekiwana. Rozkłady warunkowe.

Przekształcanie schematów blokowych. Podczas ćwiczenia poruszane będą następujące zagadnienia:

ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCIOWA STROPU BĘDĄCEGO W KONTAKCIE DWUPARAMETROWYM Z POKŁADEM PRZY EKSPLOATACJI NA ZAWAŁ

Obiekt. Obiekt sterowania obiekt, który realizuje proces (zaplanowany).

Kinematyka, Dynamika, Elementy Szczególnej Teorii Względności

Rozdział 9. Baza Jordana

ZASTOSOWANIA PRZEKSZTAŁCENIA ZET

27. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE CZĄSTKOWE

Analityczne metody detekcji uszkodzeń

A-3. Wzmacniacze operacyjne w układach liniowych

3. WSPÓŁCZYNNIK ŚCINANIA (KOREKCYJNY)

IV.3 Ruch swobodny i nieswobodny. Więzy. Reakcje więzów

Wykład 4: Fraktale deterministyczne i stochastyczne

Analiza transformatora

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ GÓRNICTWA I GEOLOGII. Roman Kaula

ORGANIZACJA I ZARZĄDZANIE

Modelowanie, sterowanie i symulacja manipulatora o odkształcalnych ramionach. Krzysztof Żurek Gdańsk,

Przekształcanie równań stanu do postaci kanonicznej diagonalnej

Definicje i przykłady

Wykład 3 Równania rózniczkowe cd

Funkcje zespolone. 2 Elementarne funkcje zespolone zmiennej zespolonej

Transkrypt:

Modelowanie i oblicenia technicne Modelowanie matematycne Metody modelowania

Modelowanie matematycne procesów w systemach technicnych Model może ostać tworony dla całego system lb dla poscególnych elementów Model może wględniać statykę, kinematykę lb dynamikę procesów Model statycny ma awycaj postać równań algebraicnych Modelowanie kinematyki i dynamiki (model dynamicny) wymaga życia równań różnickowych lb różnicowych, wanych równaniami rch

3 Modelowanie matematycne procesów w systemach technicnych Model statycny E R D D R U S R E e I i ir T D Model dynamicny ( ) C R C C R E dt d C i ir ; E R C t

Modelowanie matematycne procesów w systemach technicnych Aby wynacyć stan badanego system, model msi się składać tyl równań ile jest niewiadomych. Dla procesów dynamicnych rowiąanie równań wymaga ich całkowania i najomości stan pocątkowego. Reltatem rowiąania model statycnego są wartości poskiwanych wielkości, a model dynamicnego ich prebiegi w fnkcji cas. Licba nieależnych równań opisjących kład dynamicny naywana jest licbą stopni swobody. 4

System dynamicny wielkości charakteryjące system Otocenie Sterowanie Zakłócenia System Stan kład Stan pocątkowy Wyjście 5

Model matematycny procesów w systemach dynamicnych Jest to biór wiąków matematycnych w postaci ależności: y (v) f((v),(v),p,v) y wektor wielkości wyjściowych wektor wymseń (pobdeń) wektor akłóceń p wektor parametrów stałych v wektor miennych nieależnych (cas, współrędne prestrenne) 6

Klasyfikacja postaci modeli matematycnych procesów dynamicnych Równania różnickowe Równania algebraicne Równanie stan Transmitancje 7

Model matematycny w postaci równań różnickowych Równania opisjące proces mogą mieć postać równań różnickowych n-tego ręd. N-ta pochodna y jest ależna od niżsych pochodnych i poostałych wielkości: ( n) ( n) ( n) ( m) ( m) y f y, y,..,,,..., p, v 8

Model matematycny w postaci równań algebraicnych Jeżeli równania różnickowe opisjące proces mają taką postać, że nane jest ich rowiąanie, to równania rch pryjmją postać algebraicną: v ( t ) f ( ( v),p, v) y Prykład - równanie opisjące prędkość w rch jednostajnie pryspiesonym: ( t) a t v() ; a const 9

Model matematycny w postaci równań stan Jeżeli w biore y da się wydielić taki podbiór x, że wsystkie równania różnickowe model da się apisać jako równania pierwsego ręd postaci: dx dt f ( x( t), ( t), ( t),, t) p to mienne x naywa się miennymi stan.

Model matematycny w postaci równań stan Model może być wówcas apisany w postaci różnickowego równania stan: dx dt f ( x( t), ( t), ( t),, t) p i algebraicnego równania wyjścia: y ( x( t), ( t), ( t), t) f, p

Równanie stan system liniowego Pry ałożeni, że ależności f są liniowe równanie stan można apisać w postaci macierowej: x & Ax B A macier podstawowa (fndamentalna) B macier wymseń (pobdeń) Zmienne stan cęsto nie mają interpretacji fiycnej.

Prykład równania stan system liniowego R t Macierowe równanie stan: x & Ax B E C prasca się ttaj do jednego równania: & C RC c RC E R ir dc i C ; dt E R C C ( ) Równanie wyjścia pryjmie postać: i E R C 3

Rowiąanie równania stan analiowanego obwod E R t C Pry ałożeni, że c () jego mienność w casie jest opisana ależnością: ( t) E e t RC Wartość wyjścia jest w reltacie następjącą fnkcją cas: i( t) E R e t RC 4

Model matematycny w postaci transmitancji Zakładając, że ależność międy y i można opisać linowym równaniem różnickowym lb różnicowym, możliwe jest tworenie model w postaci tw. transmitancji (fnkcji prejścia) po astosowani transformacji T prekstałcającej te równania do postaci algebraicnej. G y G T T ( y( t) ) ( ( t) ) 5

Model matematycny w postaci transmitancji Do systemów cas ciągłego (opisanych równaniami różnickowymi) stosje się transformację Laplace a. Do systemów cas dyskretnego (opisanych równaniami różnicowymi) stosje się transformację Larenta (prekstałcenie Z). 6

Transformacja Laplace a Transformacja Laplace a jest definiowana następjąco: F ( s) L( f ( t) ) f ( t) s jest mienną espoloną. Transformata F(s) fnkcji f(t) jest fnkcją espoloną na płascyźnie miennej s. e st dt 7

Transformacja Laplace a Ważna jest własność tej transformacji polegająca na tym, że transformata pochodnej fnkcji jest ilocynem miennej s i transformaty fnkcji: L df dt s ( ( ( ))) ( L f t f ) 8

Prykład wynacania transmitancji Różnickowa ależność międy sygnałem wejściowym badanego kład a sygnałem wyjściowym y: ( t) d y( t) dy d a y( t) a a b( t) b b dt dt dt ( s) a sy ( s) a s Y ( s) b U ( s) b su ( s) b s U ( s) a Y ( t) d ( t) Po astosowani transformacji Laplace a ostaje prekstałcona do postaci: dt Ilora transformat sygnałów daje transmitancję kład o postaci: G ( s) Y U ( s) b bs bs ( s) a a s a s 9

Transformacja Larenta Transformacja Larenta dyskretnego ciąg x(n) jest definiowana następjąco: X ( ) Z( x( n) ) x( n) n n jest mienną espoloną. Transformata X() ciąg x(n) jest fnkcją espoloną na płascyźnie miennej. Transforacja Larenta jest powsechnie naywana prekstałceniem Z

Transformacja Larenta Ważna jest własność tej transformacji polegająca na tym, że transformata sygnał presniętego o k jest ilocynem transformaty sygnał i (-k)-tej potęgi miennej : Z k ( x( n k) ) Z( x( n) ) Ta własność ma podobne nacenie jak własność transformaty Laplace a pochodnej fnkcji.

Prykład wynacania transmitancji Zależność międy sygnałem dyskretnym na wejści badanego kład a sygnałem wyjściowym y: Po astosowani transformacji Z ostaje prekstałcona do postaci: Ilora transformat sygnałów daje transmitancję kład o postaci: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) n b n b n b n y a n y a n y a ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) U b U b b U Y a Y a Y a ( ) ( ) ( ) a a a b b b U Y G