LABORATORIUM MODELOWANIA I SYMULACJI. Ćwiczenie 5

Podobne dokumenty
LABORATORIUM MODELOWANIA I SYMULACJI. Ćwiczenie 3 MODELOWANIE SYSTEMÓW DYNAMICZNYCH METODY OPISU MODELI UKŁADÓW

KOMPUTERY W STEROWANIU. Ćwiczenie 3 LP Projektowanie układów regulacji metodą linii pierwiastkowych

MACIERZE STOCHASTYCZNE

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE PODSTAWOWYCH CZŁONÓW LINIOWYCH UKŁADÓW AUTOMATYKI

W(s)= s 3 +7s 2 +10s+K

(opracował Leszek Szczepaniak)

FILTRY FILTR. - dziedzina pracy filtru = { t, f, ω } Filtr przekształca w sposób poŝądany sygnał wejściowy w sygnał wyjściowy: Filtr: x( ) => y( ).

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

2. Schemat ideowy układu pomiarowego

Ćwiczenia nr 5. TEMATYKA: Regresja liniowa dla prostej i płaszczyzny

Znajdowanie pozostałych pierwiastków liczby zespolonej, gdy znany jest jeden pierwiastek

Wprowadzenie. metody elementów skończonych

( 0) ( 1) U. Wyznaczenie błędów przesunięcia, wzmocnienia i nieliniowości przetwornika C/A ( ) ( )

Laboratorium z podstaw automatyki

Projektowanie układów metodą sprzężenia od stanu - metoda przemieszczania biegunów

( t) ( )( ) ( )( ) ( )

LABORATORIUM MODELOWANIA I SYMULACJI. Ćwiczenie 2

Numeryczny opis zjawiska zaniku

Pierwiastki z liczby zespolonej. Autorzy: Agnieszka Kowalik

MATURA 2014 z WSiP. Zasady oceniania zadań

Podstawowe człony dynamiczne

Analiza wyników symulacji i rzeczywistego pomiaru zmian napięcia ładowanego kondensatora

Laboratorium Sensorów i Pomiarów Wielkości Nieelektrycznych. Ćwiczenie nr 1

Rys 1 Schemat modelu masa- sprężyna- tłumik

Procedura modelowania matematycznego

LABORATORIUM MODELOWANIA I SYMULACJI. Ćwiczenie 4 PODSTAWOWE UKŁADY DYNAMICZNE

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1, zima 2016/17

Teoria sterowania - studia niestacjonarne AiR 2 stopień

I. Podzielność liczb całkowitych

POLITECHNIKA OPOLSKA

WIBROIZOLACJA określanie właściwości wibroizolacyjnych materiałów

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Z WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

Elementy nieliniowe w modelach obwodowych oznaczamy przy pomocy symboli graficznych i opisu parametru nieliniowego. C N

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Rentgenowska analiza fazowa jakościowa i ilościowa Wykład 9

( ) WŁASNOŚCI MACIERZY

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI I INFORMATYKI INSTYTUT AUTOMATYKI I INFORMATYKI KIERUNEK AUTOMATYKA I ROBOTYKA STUDIA STACJONARNE I STOPNIA

POMIAR WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘĆ OKRESOWO ZMIENNYCH METODĄ ANALOGOWEGO PRZETWARZANIA SYGNAŁU

Metody numeryczne Laboratorium 5 Info

Przykładowe pytania na egzamin dyplomowy dla kierunku Automatyka i Robotyka

UKŁADY JEDNOWYMIAROWE. Część II UKŁADY LINIOWE Z OPÓŹNIENIEM

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Błędy kwantyzacji, zakres dynamiki przetwornika A/C

Napęd elektryczny - dobór regulatorów

3. Regresja liniowa Założenia dotyczące modelu regresji liniowej

ZADANIE 21 DRGANIA PRĘTA

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 4

Damian Doroba. Ciągi. 1. Pierwsza z granic powinna wydawać się oczywista. Jako przykład może służyć: lim n = lim n 1 2 = lim.

Sposoby modelowania układów dynamicznych. Pytania

BADANIE DRGAŃ WYMUSZONYCH PRZY POMOCY WAHADŁA POHLA

Zadania z algebry liniowej - sem. I Liczby zespolone

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Wykład 11. a, b G a b = b a,

Wykład 1. Wstęp. Opisy sygnałów

PRZYKŁADY ROZWIAZAŃ STACJONARNEGO RÓWNANIA SCHRӦDINGERA. Ruch cząstki nieograniczony z klasycznego punktu widzenia. mamy do rozwiązania równanie 0,,

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Modele tendencji rozwojowej STATYSTYKA OPISOWA. Dr Alina Gleska. Instytut Matematyki WE PP. 18 listopada 2017

I kolokwium z Analizy Matematycznej

analogowego regulatora PID doboru jego nastaw i przetransformowanie go na cyfrowy regulator PID, postępując według następujących podpunktów:

Informatyka Stosowana-egzamin z Analizy Matematycznej Każde zadanie należy rozwiązać na oddzielnej, podpisanej kartce!

ANALIZA MATEMATYCZNA 1 (MAP 1024) LISTY ZADAŃ

MATERIAŁY POMOCNICZE DO WYKŁADU Z PODSTAW ZASTOSOWAŃ ULTRADŹWIĘKÓW W MEDYCYNIE (wyłącznie do celów dydaktycznych zakaz rozpowszechniania)

Własności dynamiczne przetworników pierwszego rzędu

Analiza właściwości filtrów dolnoprzepustowych

Automatyka i robotyka

Szereg geometryczny. 5. b) b n = 4n 2 (b 1 = 2, r = 4) lub b n = 10 (b 1 = 10, r = 0). 2. jest równa 1 x dla x = 1+ Zad. 3:

Ćwiczenie nr 14. Porównanie doświadczalnego rozkładu liczby zliczeń w zadanym przedziale czasu z rozkładem Poissona

Przykładowe zadania dla poziomu rozszerzonego

Rysunek 1: Fale stojące dla struny zamocowanej na obu końcach; węzły są zaznaczone liniami kropkowanymi, a strzałki przerywanymi

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

WYZNACZENIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

Zdarzenia losowe, definicja prawdopodobieństwa, zmienne losowe

Model Bohra atomu wodoru

Matematyka. Zakres podstawowy. Nawi zanie do gimnazjum. n/m Rozwi zywanie zada Zadanie domowe Dodatkowe Komunikaty Bie ce materiały

przy warunkach początkowych: 0 = 0, 0 = 0

REGULATORY W UKŁADACH REGULACJI AUTOMATYCZNEJ. T I - czas zdwojenia (całkowania) T D - czas wyprzedzenia (różniczkowania) K p współczynnik wzmocnienia

Modele i narzędzia optymalizacji w systemach informatycznych zarządzania

POMIARY KIERUNKÓW I WYZNACZENIE KĄTÓW POZIOMYCH

Metody badania zbieżności/rozbieżności ciągów liczbowych

Podstawy inżynierii sterowania Ćwiczenia laboratoryjne

Z-ZIP-103z Podstawy automatyzacji Basics of automation

MATEMATYKA (poziom podstawowy) przykładowy arkusz maturalny wraz ze schematem oceniania dla klasy II Liceum

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

K p. K o G o (s) METODY DOBORU NASTAW Metoda linii pierwiastkowych Metody analityczne Metoda linii pierwiastkowych

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE

STATYSTYCZNA OCENA WYNIKÓW POMIARÓW.

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 2B, lato 2015/16

u t 1 v u(x,t) - odkształcenie, v - prędkość rozchodzenia się odkształceń (charakterystyczna dla danego ośrodka) Drgania sieci krystalicznej FONONY

TRANZYSTORY POLOWE JFET I MOSFET

Parametryzacja rozwiązań układu równań

WYZNACZANIE PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU W POWIE- TRZU METODĄ FALI STOJĄCEJ

1. Granica funkcji w punkcie

Modelowanie systemów empirycznych - analiza modelu amortyzacji samochodu o dwóch stopniach swobody

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA AUTOMATYKI I ELEKTRONIKI. Badanie układu regulacji dwustawnej

ZAGADNIENIE ESTYMACJI. ESTYMACJA PUNKTOWA I PRZEDZIAŁOWA

DRGANIA BELKI NA DWUPARAMETROWYM PODŁOśU SPRĘśYSTYM VIBRATION OF BEAM WITH TWO-PARAMETER ELASTIC FOUNDATION

WIBROIZOLACJA określanie właściwości wibroizolacyjnych materiałów

Transkrypt:

Wydział Elektryczy Zespół Automatyki (ZTMAiPC) ZERiA LABORATORIUM MODELOWANIA I SYMULACJI Ćwiczeie 5 ANALIZA WŁASNOŚCI DYNAMICZNYCH WYBRANEGO OBIEKTU FIZYCZNEGO 1. Opis właściwości dyamiczych obiektu Typowym obiektem dyamiczym, którego opis moŝa przedstawić za pomocą liiowego rówaia róŝiczkowego jest układ zawieszeia pojazdu. Model blokowy tego układu przedstawia rysuek 1. Pojazd o masie m jest zawieszoy ad profilem drogi za pośredictwem dwóch elemetów posiadających właściwości dyamicze. Pierwszym z ich jest spręŝya, dla której zaleŝość między siłą do iej przyłoŝoą, a jej odkształceiem wyraŝa się stałym współczyikiem k. Drugim elemetem jest tłumik olejowy, dla którego siła oporu przemieszczeia tłoka i prędkość jego przemieszczaia powiązae są stałym współczyikiem B. pojazd m Y=Y 0 +y(t) k B poziom odiesieia profil drogi a U=U 0 +u(t) Rys.1. Model blokowy mechaiczego układu zawieszeia samochodu m - masa pojazdu, k współczyik spręŝystości zawieszeia, B prędkościowy współczyik tłumieia. Po zsumowaiu wszystkich sił działających w układzie i przyjęciu poziomu odiesieia model układu z rys.1 moŝa opisać rówaiem: m d 2 Y t 2 B dy t du t k Y t U t mg, (1) W staie spoczyku połoŝeie drogi ie zmieia się (przyjmijmy je a poziomie U 0 ). Nie zmieia się rówieŝ połoŝeie adwozia (przyjmijmy je a poziomie Y 0 ). W staie spoczyku takŝe pochode są rówe zero, dlatego moŝa zapisać: k Y 0 U 0 mg, (2) Podstawiając Y=Y 0 +y(t), U=U 0 +u(t) oraz wzór (2) do rówaia (1) otrzymamy zaleŝość zmia połoŝeia adwozia od zmia profilu drogi: Ćwiczeie 5 Aaliza własości dyamiczych wybraego obiektu fizyczego -1-

m d 2 y t 2 B dy t k y t B du t k u t, (3) Rówie (3) opisuje dyamikę zawieszeia pojazdu. 2. Cel aalizy modelu Zadaiem zawieszeia jest kompesacja zmia profilu drogi u(t) tak, aby odczuwale przemieszczeie adwozia pojazdu y(t) dla pasaŝerów było moŝliwie jak ajmiejsze. W celu uproszeia aalizy matematyczej przyjmiemy jede z gorszych przypadków, kiedy droga zmieia profil skokowo o wartość a (Rys. 1). Wówczas zadaiem projektowym jest taki dobór współczyików k oraz B aby przebiegi czasowe odpowiedzi zawieszeia a wymuszeie skokowe o wysokości a były w pewie sposób optymale. W tym przypadku jako kryterium optymale przyjmiemy brak oscylacji adwozia. 3. Program ćwiczeia 3.1. Opis układu w postaci trasmitacji operatorowej 1. Na podstawie rówaia (3) wyzaczyć trasmitację operatorową układu G(s)=Y(s)/X(s). 2. Zasymulować działaie układu zawieszeia wprowadzając skrypt zawieszeie1.m: m=1000 % mas pojazdu[kg] B=200 % współczyik tłumieia [Ns/m] k=20000 % współczyik spręŝystości[n/m] a=0.05 % skokowa zmiaa profilu drogi o 5 cm liczik=[b/k,1]; miaowik=[m/k, B/k, 1] sys=tf(liczik,miaowik) % defiicja systemu figure(10) pzmap(sys) % rozlokowaie zer i bieguów hold o figure(11) step(a*sys) % odpowiedz skokowa 3. Czy odpowiedź układu ma charakter oscylacyjy? 4. Jaki wcześiej pozay system dyamiczy ma podobą odpowiedź skokową? 3.2. Waruki oscylacji Charakter odpowiedzi skokowej systemu zaleŝy od pierwiastków rówaia charakterystyczego, czyli w aszym przypadku od bieguów trasmitacji układu. 1. Przyjmując m=1000 kg i k=20000 N/m wyzaczyć dla jakiej wartości B bieguy trasmitacji badaego układu przyjmą wartości rzeczywiste. 2. Zasymulować działaie układu zawieszeia wprowadzając skrypt zawieszeie2.m: Ćwiczeie 5 Aaliza własości dyamiczych wybraego obiektu fizyczego -2-

m=1000 %masa pojazdu[kg] k=20000 %współczyik spręŝystości[n/m] a=0.05 % skokowa zmiaa profilu drogi o 5 cm B=sqrt(4*k*m) %wartość graicza B dla waruku oscylacji liczik=[b/k,1]; miaowik=[m/k, B/k, 1] sys=tf(liczik,miaowik) %defiicja systemu figure(10) pzmap(sys) % rozlokowaie zer i bieguów hold o figure(11) step(a*sys) % odpowiedz skokowa 3. Przyjmując B <3000;10000> wyzaczyć bieguy odpowiedzi skokowej układu. Zasymulować działaie układu zawieszeia wprowadzając skrypt zawieszeie3.m: set(0,'defaultaxesfotsize',12) clf m=1000 %masa pojazdu[kg] k=20000 %współczyik spręŝystości[n/m] a=0.05 % skokowa zmiaa profilu drogi o 5 cm B=3000:3000:10000; for i=1:max(size(b)) disp(['b= ',um2str(b(i))]) sys=tf([b(i)/k,1],[m/k, B(i)/k, 1]) sys_zpk=zpk(sys) [zera,bieguy,wzmocieie]=zpkdata(sys_zpk,'v') xlabel(['współczyik tłumieia B=3000-10000']); gtext(['b=',um2str(b(i))]); step(sys) title(['współczyik tłumieia B= ',um2str(b(i))]); Na mapie zer i bieguów aleŝy klikąć obok pojawiających się owych zer (o). Na charakterystykach skokowych zazaczyć czas regulacji, przeregulowaie, czas arastaia. 3.3. Aproksymacja układem oscylacyjym Z uwagi a podobieństwo postaci miaowika trasmitacji rozpatrywaego układu z układem oscylacyjym o trasmitacji: G osc s 2 s 2 2 (4) 2 s Ćwiczeie 5 Aaliza własości dyamiczych wybraego obiektu fizyczego -3-

gdzie ζ - względy współczyik tłumieia, ω pulsacja drgań iegasących [rad/s] (ω =2πf), moŝa porówać parametry obydwu układów, a astępie wyzaczyć B oraz k a podstawie zadaej wartości ζ i ω. Po przekształceiu trasmitacji badaego systemu, tak aby wyraz woly przy ajwyŝszej potędze miaowika był rówy 1 otrzymamy zaleŝości: B k 2 ϖ ξ =, ϖ = (5) m m Podejście takie, mimo Ŝe ie jest precyzyje pozwala a oszacowaie parametrów B, k układu zawieszeia w sposób przybliŝoy a podstawie łatwo iterpretowalych parametrów ζ i ω. 1. Porówać odpowiedzi skokowe, rozkład zer i bieguów układu zawieszeia i układu oscylacyjego wprowadzając skrypt zawieszeie4.m: m=1000 k=20000 zeta=.2:.6:2; omega=sqrt(k/m) for i=1:max(size(zeta)) B=2*m*zeta(i)*omega; disp(['zeta= ',um2str(zeta(i))]) disp(['b= ',um2str(b)]) % aproksymacja parametrów układu zawieszeia układem oscylacyjym disp('układ zawieszeia ') sys=tf([b/k,1],[m/k, B/k, 1]) sys_zpk=zpk(sys) [zera,bieguy,wzmocieie]=zpkdata(sys_zpk,'v') xlabel(['współczyik tłumieia (zawieszeie) \zeta= ',um2str(zeta(i))]); step(sys) title(['współczyik tłumieia (zawieszeie) \zeta= ',um2str(zeta(i))]); %układ oscylacyjy disp('układ oscylacyjy') sys2=tf([omega],[1, 2*zeta(i)*omega, omega*omega]) sys2_zpk=zpk(sys2) [zera2,bieguy2,wzmocieie2]=zpkdata(sys2_zpk,'v') pzmap(sys2); xlabel(['współczyik tłumieia (układ oscylacyjy)\zeta= ',um2str(zeta(i))]); figure(40+i) step(sys2) title(['współczyik tłumieia (układ oscylacyjy) \zeta= ',um2str(zeta(i))]); Na mapie zer i bieguów aleŝy klikąć obok pojawiających się owych zer (o) lub bieguów(x). Ćwiczeie 5 Aaliza własości dyamiczych wybraego obiektu fizyczego -4-

2. Dla jakich wartości ζ róŝice w odpowiedziach czasowych są zaczące? (a wykresach zazaczyć czas regulacji, przeregulowaie, czas arastaia) 3. Oceić połoŝeie zer i bieguów dla trasmitacji układu zawieszeia w fukcji ζ. 4. Jaki efekt wywołuje zbliŝeie zera z bieguem? 3.4. Charakterystyki częstotliwościowe układu 1. Porówać charakterystyki częstotliwościowe układu zawieszeia i układu oscylacyjego wprowadzając skrypt zawieszeie5.m: m=1000; k=20000; zeta=.2:0.6:2; czas=0:.1:2; for i=1:max(size(zeta)) omega=sqrt(k/m); B=2*m*zeta(i)*omega; % aproksymacja parametrów układu zawieszeia układem oscylacyjym sys=tf([b/k,1],[m/k, B/k, 1]); xlabel(['współczyik tłumieia (zawieszeie) \zeta= ',um2str(zeta(i))]); bode(sys) title(['współczyik tłumieia (zawieszeie) \zeta= ',um2str(zeta(i))]); %układ oscylacyjy sys2=tf([omega],[1, 2*zeta(i)*omega, omega*omega]); pzmap(sys2); xlabel(['współczyik tłumieia (układ oscylacyjy)\zeta= ',um2str(zeta(i))]); figure(40+i) bode(sys2) title(['współczyik tłumieia (układ oscylacyjy) \zeta= ',um2str(zeta(i))]); Na mapie zer i bieguów aleŝy klikąć obok pojawiających się owych zer (o) lub bieguów(x). Ćwiczeie 5 Aaliza własości dyamiczych wybraego obiektu fizyczego -5-