1 Kryterium stabilności. 2 Stabilność liniowych układów sterowania

Podobne dokumenty
WYKŁAD 7. UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH Macierzowa Metoda Rozwiązywania Układu Równań Cramera

Macierze w MS Excel 2007

Algebra WYKŁAD 5 ALGEBRA 1

- macierz o n wierszach i k kolumnach. Macierz jest diagonalna jeśli jest kwadratowa i po za główną przekątną (diagonala) są

I. DZIAŁANIA W ZBIORZE LICZB RZECZYWISTYCH ZBIORY LICZBOWE: liczby całkowite C : C..., 3, 2, 1,

MATLAB PODSTAWY. [ ] tworzenie tablic, argumenty wyjściowe funkcji, łączenie tablic

5. CIĄGI. 5.1 Definicja ciągu. Ciągiem liczbowym nazywamy funkcję przyporządkowującą każdej liczbie naturalnej n liczbę rzeczywistej.

Algebra macierzowa. Akademia Morska w Gdyni Katedra Automatyki Okrętowej Teoria sterowania. Mirosław Tomera 1. ELEMENTARNA TEORIA MACIERZOWA

Zasada indukcji matematycznej. Dowody indukcyjne.

Główka pracuje - zadania wymagające myślenia... czyli TOP TRENDY nowej matury.

Wybrane zagadnienia. Wykład 2a. Metoda simpleks rozwiązywania zadań programowania liniowego.

Wykład 1 Pojęcie funkcji, nieskończone ciągi liczbowe, dziedzina funkcji, wykres funkcji, funkcje elementarne, funkcje złożone, funkcje odwrotne.

i interpretowanie reprezentacji wykorzystanie i tworzenie reprezentacji wykorzystanie wykorzystanie i tworzenie reprezentacji

ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA ZESTAW NR 1 POZIOM ROZSZERZONY

ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA ZESTAW NR 1 POZIOM ROZSZERZONY

Układy równań liniowych Macierze rzadkie

Collegium Novum Akademia Maturalna

PODSTAWY AUTOMATYKI 7. Stabilność

METODY NUMERYCZNE. Wykład 6. Rozwiązywanie układów równań liniowych. dr hab. inż. Katarzyna Zakrzewska, prof. AGH. Met.Numer.

7. Szeregi funkcyjne

2. Ciągi liczbowe. Definicja 2.1 Funkcję a : N R nazywamy ciągiem liczbowym. Wartość funkcji a(n) oznaczamy symbolem a

MATHCAD Obliczenia iteracyjne, macierze i wektory

Ciągi liczbowe podstawowe definicje i własności

Programowanie z więzami (CLP) CLP CLP CLP. ECL i PS e CLP

PODSTAWY AUTOMATYKI 8. Stabilność

[ ] I UKŁAD RÓWNAŃ Definicja 1 Układ m równań liniowych z n niewiadomymi x 1, x 2,., x n : II ROZW. UKŁADU RÓWNAŃ PRZY POMOCY MACIERZY ODWROTNEJ

3.1. Ciągi liczbowe - ograniczoność, monotoniczność, zbieżność ciągu. Liczba e. Twierdzenie o trzech ciągach.

1. Określ monotoniczność podanych funkcji, miejsce zerowe oraz punkt przecięcia się jej wykresu z osią OY

Automatyka i sterowanie w gazownictwie. Wymagania stawiane układom regulacji

Metoda szeregów potęgowych dla równań różniczkowych zwyczajnych liniowych. Równanie różniczkowe zwyczajne liniowe drugiego rzędu ma postać

3, leŝącym poniŝej punktu P. Wartości funkcji f są

Rachunek wektorowo-macierzowy w programie SciLab

LISTA02: Projektowanie układów drugiego rzędu Przygotowanie: 1. Jakie własności ma równanie 2-ego rzędu & x &+ bx&

Rozwiązywanie układów równań liniowych (1)

ALGEBRA MACIERZY. UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH.

I. DZIAŁANIA W ZBIORZE LICZB RZECZYWISTYCH

Szeregi o wyrazach dowolnych znaków, dwumian Newtona

4. Rekurencja. Zależności rekurencyjne, algorytmy rekurencyjne, szczególne funkcje tworzące.

Ciąg arytmetyczny i geometryczny

GENEZA WYZNACZNIKA. Układ równań liniowych z dwiema niewiadomymi. Rozwiązania układu metodą eliminacji Gaussa

CIĄGI LICZBOWE N 1,2,3,... zbiór liczb naturalnych. R zbiór liczb rzeczywistych (zbiór reprezentowany przez punkty osi liczbowej).

Wymagania na poszczególne oceny z matematyki w Zespole Szkół im. St. Staszica w Pile Kl. II poziom rozszerzony

WYMAGANIA I KRYTERIA OCENIANIA Z MATEMATYKI W 3 LETNIM LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCYM klasa 2F 1. FUNKCJA LINIOWA

I. CIĄGI I SZEREGI FUNKCYJNE. odwzorowań zbioru X w zbiór R [lub C] nazywamy ciągiem funkcyjnym.

MATEMATYKA Przed próbną maturą. Sprawdzian 2. (poziom rozszerzony) Rozwiązania zadań

CIĄGI LICZBOWE. Naturalną rzeczą w otaczającym nas świecie jest porządkowanie różnorakich obiektów, czyli ustawianie ich w pewnej kolejności.

Wymagania edukacyjne matematyka klasa 2 zakres podstawowy 1. SUMY ALGEBRAICZNE

KONKURS MATEMATYCZNY dla uczniów gimnazjów w roku szkolnym 2012/13 III etap zawodów (wojewódzki) 12 stycznia 2013 r.

Rozdział 1. Ciągi liczbowe, granica ciągu

Scenariusz lekcji matematyki w klasie II LO

2. FUNKCJE WYMIERNE Poziom (K) lub (P)

Wymagania edukacyjne z matematyki w klasie III A i III B Liceum Plastycznego 2019/2020

ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA ZESTAW NR 1 POZIOM ROZSZERZONY

Macierz. Wyznacznik macierzy. Układ równań liniowych

PODSTAWY ALGEBRY LINIOWEJ ALGEBRA MACIERZY

Ekoenergetyka Matematyka 1. Wykład 8. CIĄGI LICZBOWE

Powtórka dotychczasowego materiału.

Zadania z analizy matematycznej - sem. II Całki oznaczone i zastosowania

Realizacje zmiennych są niezależne, co sprawia, że ciąg jest ciągiem niezależnych zmiennych losowych,

WYMAGANIA I KRYTERIA OCENIANIA Z MATEMATYKI W 3 LETNIM LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCYM

Równania i nierówności kwadratowe z jedną niewiadomą

Dorota Ponczek, Karolina Wej. MATeMAtyka 2. Szczegółowe wymagania edukacyjne z matematyki w klasie drugiej. Zakres podstawowy i rozszerzony

Wektor kolumnowy m wymiarowy macierz prostokątna o wymiarze n=1 Wektor wierszowy n wymiarowy macierz prostokątna o wymiarze m=1

Wymagania edukacyjne matematyka klasa 2b, 2c, 2e zakres podstawowy rok szkolny 2015/ Sumy algebraiczne

Wyznacznikiem macierzy kwadratowej A stopnia n nazywamy liczbę det A określoną następująco:

a a = 2 S n = 2 = r - constans > 0 - ciąg jest malejący q = b1, dla q 1 S n 1 CIĄGI jest rosnący (niemalejący), jeżeli dla każdego n a n

Macierz. Wyznacznik macierzy. Układ równań liniowych

Ciągi i szeregi liczbowe

SKRYPT DO ZAJĘĆ WYRÓWNAWCZYCH Z MATEMATYKI DLA STUDENTÓW I ROKU AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

6. Układy równań liniowych

TABLICE WZORÓW I TWIERDZEŃ MATEMATYCZNYCH zakres GIMNAZJUM

EAIiIB- Informatyka - Wykład 1- dr Adam Ćmiel zbiór liczb wymiernych

Podstawy układów logicznych

Dorota Ponczek, Karolina Wej. MATeMAtyka 2. Plan wynikowy. Zakres podstawowy

Liczby zespolone i wielomiany

Wspomaganie obliczeń za pomocą programu MathCad

Wyrównanie sieci niwelacyjnej

Wymagania kl. 2. Uczeń:

Wyk lad 1 Podstawowe wiadomości o macierzach

Wymagania na ocenę dopuszczającą z matematyki klasa II Matematyka - Babiański, Chańko-Nowa Era nr prog. DKOS /02

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 7

CIĄGI LICZBOWE N = zbiór liczb naturalnych. R zbiór liczb rzeczywistych (zbiór reprezentowany przez punkty osi liczbowej).

usuwa niewymierność z mianownika wyrażenia typu

Wprowadzenie: Do czego służą wektory?

Wykład 8: Całka oznanczona

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY VIII w roku szkolnym 2015/2016

MACIERZE I WYZNACZNIKI

Matematyka wybrane zagadnienia. Lista nr 4

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych oraz schemat oceniania

MATERIAŁY POMOCNICZE DO MATURY Z MATEMATYKI

Analiza Matematyczna 2 Szeregi liczbowe i funkcyjne

WYMAGANIA EDUKACYJNE NIEZBĘDNE DO UZYSKANIA POSZCZEGÓLNYCH ŚRÓDROCZNYCH I ROCZNYCH OCEN KLASYFIKACYJNYCH Z MATEMATYKI POZIOM PODSTAWOWY KLASA 2

WZORY Z MATEMATYKI. Równość zbiorów: A = B (dla każdego x : x A x B ) Zawieranie się zbiorów, podzbiory: A B ( dla każdego x: x A x B )

Wykład 2. Granice, ciągłość, pochodna funkcji i jej interpretacja geometryczna

MATEMATYKA KLASA II K i rozszerzonym WYMAGANIA EDUKACYJNE NIEZBĘDNE DO UZYSKANIA POSZCZEGÓLNYCH ŚRÓDROCZNYCH I ROCZNYCH OCEN KLASYFIKACYJNYCH

Niech dany będzie układ równań postaci. Powyższy układ równań liniowych z n niewiadomymi można zapisać w postaci macierzowej

Oznaczenia: K wymagania konieczne; P wymagania podstawowe; R wymagania rozszerzające; D wymagania dopełniające; W wymagania wykraczające

KOMPENDIUM MATURZYSTY Matematyka poziom podstawowy

( ) WŁASNOŚCI MACIERZY

WYKŁAD 5. Typy macierzy, działania na macierzach, macierz układu równań. Podstawowe wiadomości o macierzach

Transkrypt:

Kryterium stbilości Stbilość liiowych ukłdów sterowi Ukłd zmkięty liiowy i stcjory opisy rówiem () jest stbily, jeŝeli dl skończoej wrtości zkłócei przy dowolych wrtościch początkowych jego odpowiedź ustlo przyjmuje skończoe wrtości. m m + d x( t) + dt d x( t) d u( t) d u( t) + + x( t) b b b u( t) o m + m m + m o dt dt dt Trsmitcj opertorow tego ukłdu m postć: b s G( s) s m m m + bms + + bs + b + s + + s + Stąd jego rówie chrkterystycze L( s) M ( s) () () ( M s) s + s + + s + () W ujęciu mtemtyczym wrukiem koieczym i dostteczym to, Ŝeby ukłd zmkięty był stbily jest, by pierwistki rówi chrkterystyczego () miły ujeme części rzeczywiste. Rozwiązie tego rówi wystrczy, więc dl stwierdzei czy dy ukłd liiowy jest stbily. Jedk w prktyce t metod ie zwsze jest dogod i wystrczjąc. Z tego względu zostły oprcowe metody pozwljące bdie stbilości bez rozwiązywi rówi chrkterystyczego są to tzw. kryteri stbilości. Kryteri te dzielą się : lgebricze do, których leŝą kryteri Routh i Hurwitz orz częstotliwościowe Michjłow i Nyquist. JeŜeli pierwistki rówi chrkterystyczego mogą być wyrŝoe jko I ich części rzeczywiste są ujeme (leŝą lewej półpłszczyźie) to ukłd jest stbily. Metod wymg obliczeie pierwistków r.chr, stąd pojwiły się jej odpowiediki (wymgjące miej obliczeń rytmetyczych) Wruki stbilości: Re(s i )< dl i,,,... stbily symptotyczie Re(s i ) dl dowolego i, pozostłe Re(s i )< - gric stbilości Re(s i )> dl dowolego i ukłd iestbily

Dl pierwistków rzeczywistych sσ

Dl pierwistków zespoloych: sσ±jω

Przykłdy fukcji:.. Kryterium Hurwitz Wrukiem koieczym i dostteczym stbilości ukłdu liiowego i stcjorego jest, Ŝeby wszystkie współczyiki wielomiu chrkterystyczego trsmitcji tego ukłdu istiły i były dodtie, podto Ŝeby wyzczik () zwy wyzczikiem Hurwitz orz jego podwyzcziki,,, były dodtie. JeŜeli którykolwiek współczyik jest ujemy lub rówy zeru lbo którykolwiek podwyzczik jest ujemy to ukłd jest iestbily. Jeśli dowoly z podwyzczików jest rówy zeru to ozcz, Ŝe rówie chrkterystycze ukłdu m między iymi pierwistki urojoe i wtedy ukłd jest gricy stbilości. N jego wyjściu występują drgi o ustloej mplitudzie. 5 () 5

5 5 Przykłd Z pomocą kryterium Hurwitz zbdć stbilość ukłdu zmkiętego, którego rówie chrkterystycze m postć: 7 6 ) ( 5 + + + + + s s s s s s M ZuwŜmy, Ŝe spełioy jest wruek koieczy stbilości, poiewŝ wszystkie współczyiki rówi chrkterystyczego są dodtie. Wyzczik Hurwitz utworzoy ze współczyików wielomiu tego rówi m postć: 7 6 7 6 7 6 5 Obliczmy wrtość wyzczik z pomocą polecei det, które wprowdzmy w okie poleceń MATLAB- według poiŝszej skłdi. Argumetem polecei det zpisym w wisch okrągłych jest mcierz współczyików wyzczik Hurwitz, któr z kolei zpis jest w wisch kwdrtowych. Poszczególe elemety wierszy tej mcierzy oddzieloe są odstępmi, tomist wiersze oddzieloe są średikmi.» delt_5det([6 7 ; ; 6 7 ; ; 6 7 ]), delt_5-586 Ujem wrtość wyzczik Hurwitz wskzuje to, Ŝe bdy ukłd jest iestbily. Kryterium Routh Pierwszym krokiem w uproszczeiu kryterium Hurwitz, zywym kryterium Routh, jest umieszczeie współczyików rówi w dwóch wierszch. Pierwszy wiersz skłd się z ieprzystych współczyików, tomist drugi wiersz z przystych współczyików licząc od jwyŝszej potęgi wielomiu chrkterystyczego. Dl rówi tego pierwsze dw wiersze tblicy są

stępujące: Nstępym krokiem jest wypełieie stępych wierszy tblicy Routh w stępujący sposób: i tk dlej. Kolum z lewej stroy tblicy Routh jest kolumą odiesiei i słuŝy do idetyfikcji obliczeń. Ostti wiersz tblicy Routh m zwsze w tej kolumie elemet s. Po skompletowiu tblicy Routh osttim krokiem jest określeie zków spółczyików pierwszej kolumy tblicy, któr zwier iformcje o pierwistkch rówi. Przyjęte zostło stępujące złoŝeie: Wszystkie pierwistki rówi chrkterystyczego zjdują się w lewej półpłszczyźie jeśli wszystkie elemety pierwszej kolumy tblicy Routh mją te sm zk. Liczb zmi zków w elemetch pierwszej kolumy rów jest liczbie pierwistków w prwej półpłszczyźie.

Przykłd RozwŜmy rówie w którym ie brkuje elemetów i wszystkie współczyiki są tego smego zku. Spełioy jest wruek koieczy dotyczący współczyików, jedk wruek dostteczy musi zostć jeszcze sprwdzoy. Pierwszą czyością jest ziicjowie tblicy, w kolumie z lewej stroy zjdują się potęgi s, tomist współczyiki wielomiu rozdziel się pomiędzy pierwszy drugi wiersz w sposób pokzy poiŝej. W pierwszym wierszu zjdują się w kolejości współczyiki ieprzyste, tomist w drugim przyste Tblic kompletow jest poczyjąc od góry wiersz po wierszu, obliczjąc elemety stępego wiersz. KŜdy obliczy elemet wyprowdzy jest podstwie czterech elemetów zjdujących się w dwóch wyŝszych wierszch, dw z ich są w lewej kolumie i dw w kolumie zjdującej się prwo od obliczego elemetu. W kŝdym przypdku, obliczy elemet m ujemy wyzczik z czterech zjdujących się wyŝej elemetów, podzieloy jest przez lewy doly elemet wyzczik. Dl przykłdu, pierwszy elemet wiersz s drugi elemet wiersz s pierwszy elemet wiersz s i tk dlej.

Skompletow tblic Routh pokz jest poiŝej. Liczb pierwistków wielomiu M(s) zjdując się w prwej półpłszczyźie jest rów liczbie zmi zków lewej kolumy tblicy, przesuwjąc się z góry dół. W tym przykłdzie są dwie zmiy zków w lewej kolumie co ozcz, Ŝe wielomi M(s) m dw pierwistki w prwej półpłszczyźie. Tblic Routh przypdki szczególe Zero w pierwszej kolumie tblicy Routh W pierwszym przypdku, jeśli zero pojwi się w pierwszym elemecie wiersz, wówczs wszystkie elemety w stępym wierszu mją wrtości rówe ieskończoości i dlsze wypełiie tblicy ie jest moŝliwe. Aby pordzić sobie z tą sytucją zstępuje się pierwszy elemet w pierwszej kolumie przez brdzo mł liczbę dodtią ε i kotyuuje się obliczie pozostłych elemetów. Przypdek te zostie zilustrowy przez stępujący przykłd. RozwŜmy stępujące rówie chrkterystycze ukłdu liiowego Nie wszystkie współczyiki mją te sm zk, czyli pewo występują pierwistki w prwej półpłszczyźie. Sprwdźmy przy uŝyciu kryterium Routh ile pierwistków zjduje się w prwej półpłszczyźie. Przy kompletowiu tblicy Routh dw pierwsze wiersze

uzyskuje się bezpośredio ze współczyików wielomiu. Brkujące współczyiki uzupełi się zermi. Współczyiki drugiego wiersz moŝ podzielić przez, co pozwoli uproszczeie obliczeń. Tblic t ie moŝe być dlej kompletow w zwykły sposób, poiewŝ ie moŝ dzielić przez zero. W pierwszej kolumie pojwiło się zero, przy czym ie cły wiersz jest zerowy. Sytucj z zerem w pierwszej kolumie rozwiązyw jest w te sposób, Ŝe zmist zer wprowdz się brdzo młą liczbę dodtią ε. Dl powyŝszego wielomiu zstępując zero w pierwszej kolumie przez ε i po wyzczeiu kolejych elemetów tblicy w zleŝości od ε otrzymuje się Dl wszystkich wyrŝeń w pierwszej kolumie zwierjących ε wyzcz się gricę ε, przy złoŝeiu dodtiej wrtości ε, przykłd dl

Uzyske zki elemetów pierwszej kolumy tblicy Routh W tym przypdku są trzy zmiy zku w pierwszej kolumie, więc bdy wielomi m trzy pierwistki w prwej półpłszczyźie. Zerowy wiersz w tblicy Routh - świdczy o jedym z przypdków.rówie m przyjmiej jedą prę pierwistków o przeciwych zkch. Rówie m jedą lub więcej pr pierwistków sprzęŝoych osi urojoych Rówie m pry pierwistków tworzących symetrie wokół początku ukłdu W sytucji gdy pojwi się cły wiersz zerowy w tblicy Routh, tworzy się rówie pomocicze p(s), które formuje się ze współczyików wiersz zjdującego się powyŝej wiersz zerowego w tblicy Routh. Rozwiązując rówie pomocicze otrzymuje się rówieŝ pierwistki rówi orygilego. Aby dlej wypełić tblicę Routh wykouje się stępujące kroki:. Tworzy się rówie pomocicze p(s) przez uŝycie współczyików z wiersz zjdującego się powyŝej wiersz zerowego.. Wyzcz się pochodą rówi pomociczego względem s;. Zstępuje się wiersz zerowy współczyikmi wielomiu

. Kotyuuje się wypełiie tblicy Routh z uŝyciem owo utworzoego wiersz współczyikmi zstępującymi wiersz zerowy. 5. Iterpretuje się zmię zków współczyików w pierwszej kolumie tblicy Routh w zwykły sposób. Przykłd RozwŜmy stępujące rówie chrkterystycze ukłdu liiowego z bdi współczyików widć, Ŝe w wielomiie występują pierwistki z prwej półpłszczyzy.tblic Routh zczy się stępująco: współczyiki wiersz s moŝ podzielić przez : Pojwił się wiersz zerowy. Wprowdzmy rówie pomocicze ze współczyików zjdujących się d wierszem zerowym w wierszu s RóŜiczkując wielomi p(s) względem s otrzymuje się Otrzymymi współczyikmi orz zstępujemy wiersz zerowy. Współczyiki rówi dp(s)/ds. Współczyiki uzyskego wiersz moŝ podzielić przez. Pozostł część tblicy Routh jest stępując Wielomi pomociczy jest czwrtego rzędu, czyli w rówiu M(s) występują dwie pry

pierwistków. Z bdi pierwszej kolumy tblicy Routh uzyskej dl rówi M(s) widć,ŝe występuje jed zmi zku, czyli jed pr pierwistków jest o przeciwych zkch. Dw pozostłe pierwistki muszą zjdowć się osi urojoej. Z lizy tblicy Routh dl tego przykłdowego wielomiu wyzczyliśmy stępujące typy pierwistków: Lew półpłszczyz LP Prw półpłszczyz PP Oś urojo IA Ukłd ze strojoym prmetrem rówie chrkterystycze: Tblic Routh dl rówi N podstwie powyŝszej tblicy uzyskuje się dw wruki stbilości: z wiersz s, otrzymym wrukiem stbilości jest K >, z wiersz s wruek (K + 6)/(K) >, tomist dl s wruek K >. Z rozwŝei tych dwóch wruków otrzymy zkres stbilości dl prmetru K < K <.79