STABILNOŚĆ LINIOWYCH UKŁADÓW AUTOMATYKI

Podobne dokumenty
Przykład 2.1. Wyznaczanie prędkości i przyśpieszenia w ruchu bryły

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

Równania i nierówności kwadratowe z jedną niewiadomą

XII.1.2. Rozwiązania urojone.

Rozwiązania maj 2017r. Zadania zamknięte

PRÓBNY EGZAMIN GIMNAZJALNY OMÓWIENIE ODPOWIEDZI

Wymagania edukacyjne matematyka klasa 2 zakres podstawowy 1. SUMY ALGEBRAICZNE

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

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE IIc ZAKRES PODSTAWOWY I ROZSZERZONY

Zadanie 5. Kratownica statycznie wyznaczalna.

Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny z matematyki w klasie II poziom rozszerzony

MATeMAtyka 3 inf. Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych. Zakres podstawowy i rozszerzony. Dorota Ponczek, Karolina Wej

Macierz. Wyznacznik macierzy. Układ równań liniowych

Propozycja przedmiotowego systemu oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych (zakres podstawowy)

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

Macierz. Wyznacznik macierzy. Układ równań liniowych

WYMAGANIA I KRYTERIA OCENIANIA Z MATEMATYKI W 3 LETNIM LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCYM

Grażyna Nowicka, Waldemar Nowicki BADANIE RÓWNOWAG KWASOWO-ZASADOWYCH W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW AMFOTERYCZNYCH

Metoda sił jest sposobem rozwiązywania układów statycznie niewyznaczalnych, czyli układów o nadliczbowych więzach (zewnętrznych i wewnętrznych).

guziny gwar i dialektów polskich nudle kónd Jak wykorzystać Mapę gwar i dialektów polskich na zajęciach? galanty

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

Stabilność liniowych układów automatyki

Wykład 6 Dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera

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

Część 2 7. METODA MIESZANA 1 7. METODA MIESZANA

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

Wymagania kl. 2. Uczeń:

4. RACHUNEK WEKTOROWY

Modelowanie i obliczenia techniczne. Metody numeryczne w modelowaniu: Różniczkowanie i całkowanie numeryczne

WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWEK CIENKICH ZA POMOCĄ ŁAWY OPTYCZNEJ

POLITECHNIKA GDAŃSKA Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych M O D E L O W A N I E I S Y M U L A C J A

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

( ) Lista 2 / Granica i ciągłość funkcji ( z przykładowymi rozwiązaniami)

usuwa niewymierność z mianownika wyrażenia typu

WYMAGANIA NA OCENĘ DOPUSZCZAJĄCĄ DLA UCZNIÓW KLASY Ia TECHNIKUM

Katalog wymagań programowych na poszczególne stopnie szkolne. Matematyka. Poznać, zrozumieć

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

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

METODYKA OCENY WŁAŚCIWOŚCI SYSTEMU IDENTYFIKACJI PARAMETRYCZNEJ OBIEKTU BALISTYCZNEGO

Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych klasa druga zakres podstawowy

START JESTEŚ WSPANIAŁYM ODKRYWCĄ!

MOMENTY BEZWŁADNOŚCI FIGUR PŁASKICH

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych oraz schemat oceniania

ZASTOSOWANIE RÓWNANIA NASGRO DO OPISU KRZYWYCH PROPAGACYJI PĘKNIĘĆ ZMĘCZENIOWYCH

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

Temat lekcji Zakres treści Osiągnięcia ucznia

EGZAMIN MATURALNY OD ROKU SZKOLNEGO 2014/2015 MATEMATYKA POZIOM ROZSZERZONY ROZWIĄZANIA ZADAŃ I SCHEMATY PUNKTOWANIA (A1, A2, A3, A4, A6, A7)

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

Analiza matematyczna v.1.6 egzamin mgr inf niestacj 1. x p. , przy założeniu, że istnieją lim

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Badanie stabilności liniowych układów sterowania

Załącznik_3.14_matematyka II C zakres rozszerzony Statut I Liceum Ogólnokształcącego im. Adama Asnyka w Kaliszu

Technika regulacji automatycznej

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

WYMAGANIA I KRYTERIA OCENIANIA DO EGZAMINU POPRAWKOWEGO MATEMATYKA. Zakresie podstawowym i rozszerzonym. Klasa II rok szkolny 2011/2012

4. UKŁADY II RZĘDU. STABILNOŚĆ. Podstawowe wzory. Układ II rzędu ze sprzężeniem zwrotnym Standardowy schemat. Transmitancja układu zamkniętego

Dorota Ponczek, Karolina Wej. MATeMAtyka 2. Propozycja przedmiotowego systemu oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych.

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2014/2015 Zadania dla grupy elektronicznej na zawody II stopnia

Maciej Grzesiak Instytut Matematyki Politechniki Poznańskiej. Całki oznaczone. lim δ n = 0. σ n = f(ξ i ) x i. (1)

układu otwartego na płaszczyźnie zmiennej zespolonej. Sformułowane przez Nyquista kryterium stabilności przedstawia się następująco:

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

Zastosowanie multimetrów cyfrowych do pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych

WEKTORY skalary wektory W ogólnym przypadku, aby określić wektor, należy znać:

PRZEGLĄD FUNKCJI ELEMENTARNYCH. (powtórzenie) y=f(x)=ax+b,

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

Analiza matematyczna i algebra liniowa

1 Definicja całki oznaczonej

Matematyka wykaz umiejętności wymaganych na poszczególne oceny KLASA II

Wymagania edukacyjne z matematyki FUNKCJE dopuszczającą dostateczną dobrą bardzo dobrą

Wymagania edukacyjne z matematyki Klasa IIB. Rok szkolny 2013/2014 Poziom podstawowy

Technikum Nr 2 im. gen. Mieczysława Smorawińskiego w Zespole Szkół Ekonomicznych w Kaliszu

PODSTAWY ALGEBRY MACIERZY. Operacje na macierzach

zestaw DO ĆWICZEŃ z matematyki

MATeMAtyka 2 Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych

Dorota Ponczek, Karolina Wej. MATeMAtyka 2. Propozycja przedmiotowego systemu oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych.

< f g = fg. f = e t f = e t. U nas: e t (α 1)t α 2 dt = 0 + (α 1)Γ(α 1)

ZADANIA OTWARTE. Są więc takie same. Trzeba jeszcze pokazać, że wynoszą one 2b, gdyż taka jest długość krawędzi dwudziestościanu.

Projektowanie układów regulacji w dziedzinie częstotliwości. dr hab. inż. Krzysztof Patan, prof. PWSZ

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

Szczegółowe wymagania edukacyjne z matematyki, klasa 2C, poziom podstawowy

Zadania. I. Podzielność liczb całkowitych

Maciej Grzesiak. Iloczyn skalarny. 1. Iloczyn skalarny wektorów na płaszczyźnie i w przestrzeni. a b = a b cos ϕ. j) (b x. i + b y

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

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

Wspomaganie obliczeń za pomocą programu MathCad

Automatyka i robotyka

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych i schemat oceniania zadań otwartych

Poniżej przedstawiony został podział wymagań na poszczególne oceny szkolne:

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE Ib ZAKRES PODSTAWOWY

WYMAGANIA DLA UCZNIÓW KLAS DRUGICH LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCEGO

Skrypt edukacyjny do zajęć wyrównawczych z matematyki dla klas II Bożena Kuczera

Algebra Boola i podstawy systemów liczbowych. Ćwiczenia z Teorii Układów Logicznych, dr inż. Ernest Jamro. 1. System dwójkowy reprezentacja binarna

2. PODSTAWY STATYKI NA PŁASZCZYŹNIE

PRÓBNA MATURA Z MATEMATYKI Z OPERONEM LISTOPAD ,0. 3x 6 6 3x 6 6,

NAJWAŻNIEJSZE WZORY. Pozostałe miary ruchu wyrażone przez miary ruchu obrotowego: wektor prędkości v = ω r wektor przyspieszenia stycznego a s

Równania nieliniowe. x i 1

POMIAR, JEGO OPRACOWANIE I INTERPRETACJA

Wykład z matematyki dla studentów Inżynierii Środowiska. Wykład 1. Literatura PRZEGLĄD FUNKCJI ELEMENTARNYCH

MATeMAtyka 2. Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych. Zakres podstawowy i rozszerzony. Zakres podstawowy i rozszerzony

N(0, 1) ) = φ( 0, 3) = 1 φ(0, 3) = 1 0, 6179 = 0, 3821 < t α 1 e t dt α > 0. f g = fg. f = e t f = e t. U nas: g = t α 1 g = (α 1)t α 2

Transkrypt:

STABILNOŚĆ LINIOWYCH UŁADÓW AUTOMATYI. Wprwdzenie d ćwiczeni Prblem stbilnści kżdeg ukłdu utmtyki jest prblemem pdstwwym. Pjwienie się niestbilnści w ukłdch zzwyczj prcujących stbilnie, mże spwdwć duże strty mterilne, nwet mże zgrżć życiu ludzkiemu (np. sterwnie prcesów wielkiej mcy) i grzić uszkdzeniem urządzeń i mszyn. Przez stbilnść ukłdu utmtyki rzumiemy włściwść ukłdu plegjąc n tym, że ukłd wytrącny ze stnu ustlneg przez wymuszenie lub zkłócenie, p ustniu wymuszeni lub zkłóceni, wrc w czsie skńcznym d stnu ustlneg. Wrunki stbilnści ukłdu utmtyki nie mgą zleżeć d rdzju pbudzni ukłdu, t jest ksztłtu funkcji wielkści wejściwej lub zkłóceni, lecz tylk d struktury wewnętrznej ukłdu. Prblem stbilnści njprściej mżn wyjśnić psługując się liniwym równniem różniczkwym, pisującym przebieg wielkści wyjściwej y(t). Liniwy, jednwymirwy ukłd dynmiczny pisny jest z pmcą równni różniczkweg (wzór ). u(t) y(t) Rys. Schemt blkwy ukłdu dynmiczneg czyli: y + y () ( m) ( m ) () +... + y + y b u + b u +... + b u + b u, () ( n) ( n ) n n 0 m m 0 gdzie: y(t) wielkść wyjściw, u(t) wielkść wejściw, i i d y y ( ) dl (0,,...,n), i dt d u u dt j ( j ) j dl (0,,...m), n i m j d y(t) d u(t) bj, (2) j dt dt i i i 0 j 0 n m.

2 Rzwiąznie teg równni y(t), zgdnie z zsdą superpzycji, mżn przedstwić z pmcą dwóch skłdwych: - skłdwej swbdnej y s (t), zleżnej tylk d prmetrów ukłdu, - skłdwej wymusznej y w (t), pchdzącej d wejści wymuszjąceg. Dl rzwżnych ukłdów liniwych mżn pdć nstępującą definicję stbilnści: Ukłd jest stbilny, jeżeli dl dwlnych wrunków pczątkwych skłdw swbdn y s (t) dąży d zer, gdy t dąży d nieskńcznści. Dl tk definiwnej stbilnści, przy jej bdniu, wystrczy krzystć z równni różniczkweg jednrdneg dynmiki ukłdu (przy zerwym wymuszeniu): 2. ryterium pierwistkwe n n n y ( t) + n y ( t) + + 0 y( t) 0 (3) N pdstwie definicji stbilnści mżn kreślić wrunki stbilnści, krzystjąc z równni chrkterystyczneg ukłdu utmtyki (4), wynikjąceg bezpśredni z równni (3): n n n s + n s + + s + 0 0. (4) ryterium t nzywne jest kryterium pierwistkwym, pniewż n pdstwie pierwistków równni chrkterystyczneg mżemy kreślić stbilnść ukłdu. Pierwistki równni chrkterystyczneg skłdją się z wyrżeń typu C e d prmetrów α, β mżemy rzptrzyć nstępujące przypdki (tblic ). i s t i, przy czym s i α i +jβ i. W zleżnści Tblic Pstć skłdwej przejściwej dl różnych pierwistków równni chrkterystyczneg Przypdek sit s i α i +jβ i y ( t) e. ukłd niestbilny (peridycznie) α>0; β0 50 p 00 yp(t) 50 0 0 2 3 4 5 t

3 2. ukłd stbilny (peridycznie) α <0; β0 0.9 0.8 0.7 0.6 yp(t) 0.5 0.4 3. ukłd niestbilny (scylcyjnie) α >0; β 0 0.3 0.2 0. 0 0 2 3 4 5 t 2.5 0.5 yp(t) 0-0.5 - -.5 4. ukłd stbilny (scylcyjnie) α<0; β 0-2 0 2 3 4 5 t 0.8 0.6 0.4 0.2 yp(t) 0-0.2 5. ukłd n grnicy stbilnści α0; β 0-0.4-0.6-0.8-0 2 3 4 5 t 0.8 0.6 0.4 0.2 yp(t) 0-0.2-0.4-0.6-0.8-0 2 3 4 5 t Wrunkiem kniecznym i wystrczjącym stbilnści ukłdu regulcji jest, by wszystkie pierwistki równni chrkterystyczneg miły części rzeczywiste ujemne (przypdek 2, 4 w tblicy ). Przykłd. Re{s i }α<0 (5) rzystjąc z kryterium pierwistkweg wyznczyć stbilnść ukłdu utmtyki pisneg trnsmitncją (s) ( s) 3 2 3s + 9s Trnsmitncj ukłdu zmknięteg jest równ: + 27s+ 26

4 Z (s) (s) + (s) Wstwijąc (s) d równni n z (s) trzymujemy: ( s) z 3 2 3s + 9s Równnie chrkterystyczne ukłdu jest nstępujące: M + 27s+ 27 3 2 ( s) 3s + 9s + 27s+ 27 0 z D wyznczeni pierwistków równni chrkterystyczneg skrzystmy z pleceni rts prgrmu MATLAB. W knie pleceń MATLAB- wpisujemy >> rts([3 9 27 27]) (wpisując współczynniki równni pcząwszy d njwyższeg rzędu) Równnie jest rzędu trzecieg trzymujemy ztem trzy pierwistki s i. s -0.8363 + 2.4659i s 2-0.8363-2.4659i s 3 -.3275 Zgdnie z wrunkiem (5) sprwdzmy część rzeczywistą pierwistków. Dl kżdeg z nich jest n ujemn ztem ukłd ten jest stbilny. Mżemy tkże skrzystć z prcedury pzmp. N pdstwie teg pleceni MATLAB- trzymmy wykres pierwistków licznik i minwnik trnsmitncji, ztem wykres zer i biegunów. W knie pleceń MATLAB- wpisujemy >> pzmp([],[3 9 27 27]) Otrzymujemy te sme wyniki

5 Rys. 2 Rzkłd biegunów trnsmitncji z (s) W prktyce stswnie kryterium pierwistkweg nie zwsze jest dgdne. W przypdku ukłdów wyższeg rzędu (tym smym wyskich rzędów równni chrkterystyczneg) pjwi się trudnść w bliczeniu jeg pierwistków. Zstły prcwne inne metdy pzwljące bdć stbilnść ukłdu bez rzwiązywni równni chrkterystyczneg. ryteri te dzielimy n nlityczne i częsttliwściwe (nlityczn-grficzne). Njbrdziej znnym kryterium nlitycznym jest kryterium Hurwitz. W wielu przypdkch nie jest znn pstć trnsmitncji ukłdu, ntmist znn jest (np. wyznczn dświdczlnie) chrkterystyk częsttliwściw ukłdu. Njbrdziej znnym kryterium częsttliwściwym jest kryterium Nyquist ( tkże jeg pstć lgrytmiczn Bdeg). 3. ryterium Hurwitz Jest t kryterium lgebriczne, które pdje wrunki jkie pwinny spełnić współczynniki równni chrkterystyczneg, by pierwistki teg równni miły części rzeczywiste ujemne (ptrz kryterium pierwistkwe). Według kryterium Hurwitz muszą być spełnine dw wrunki nzywne wrunkiem kniecznym i wystrczjącym:. wszystkie współczynniki równni chrkterystyczneg istnieją i są ddtnie i >0 (wrunek knieczny) 2. wyzncznik główny n i wszystkie jeg pdwyznczniki i (i,2,...,n-), utwrzne z wyzncznik główneg, są większe d zer (wrunek wystrczjący).

6 Wyzncznik główny twrzymy wpisując n głównej przekątnej współczynniki równni chrkterystyczneg, pcząwszy d n- skńczywszy n 0. Nstępnie uzupełnimy klumny współczynnikmi klejnych indeksch (względem współczynnik rzptrywneg n głównej przekątnej). Wpisujemy współczynniki indeksch większych idąc w dół rz indeksch mniejszych idąc w górę, d współczynnik wpisneg n głównej przekątnej. n n n 3 n n 2 0 L 0 0 n 0 0 L 0 0 0 L L 0 0 L 0 0 M M L M M 2 0 (6) Stąd pdwyzncznik D, n (7) pdwyzncznik D 2, n n 3 2 nlgicznie twrzymy pzstłe pdwyznczniki. n n 2, (8) Przykłd.2. Dl trnsmitncji pertrwej z (s) z przykłdu. wyznczymy stbilnść ukłdu krzystjąc z kryterium Hurwitz W jkim zkresie mżn zmienić k, by spełnine były wrunki stbilnści ukłdu? Równnie chrkterystyczne m pstć: 3 2 M (s) 3s + 9s + 27s+ 27 0. z. Wrunek knieczny jest spełniny (wszystkie współczynniki są większe d zer) 2. Wrunek wystrczjący dl D i >0

7 Wbec teg ukłd jest stbilny. 3 2 3 9 27 0 3 27 0 0 9 27 9 9 > 0 9 27 9 27 3 27 6 27 62 > 0 3 27 27 > 0 2 Wrtść wyzncznik mżemy bliczyć z pmcą prcedury det. W knie MATLAB- wpisujemy pleceni >> delt3det([9 27 0; 27 0; 0 9 27]) delt2det([9 27; 27]) rz Otrzymujemy wyniki: delt2..62 delt3 4374 A ztem ukłd jest stbilny. 4.. ryterium Nyquist ryterium Nyquist pzwl bdć stbilnść zmknięteg ukłdu regulcji n pdstwie chrkterystyki mplitudw-fzwej ukłdu twrteg. Metd pzwl stwierdzić, n etpie prjektu i budwy ukłdu regulcji, czy p zmknięciu bwdu regulcyjneg ukłd będzie stbilny. Wżnym elementem kryterium Nyquist jest prcie się n chrkterystykch częsttliwściwych, które mgą być wyznczne dświdczlnie, niekniecznie n drdze nlitycznej. Mżn kreślić stbilnść ukłdu tkże dl biektów z późnieniem. Eksperymentlne zdejmwnie chrkterystyk mplitudw-fzwych. W celu kreśleni chrkterystyki mplitudw-fzwej zmienimy częsttliwść sygnłu sinusidlneg wejściweg w, w 2 w 3... i kreślmy prmetry (ω j ) rz ϕ (ω ).

8 Im {(jω)} k x(t)xsinωt (jω) y(t)x (jω) sin(ωt+ϕ) ω -ϕ(ω) ω0 Re {(jω)} (jω) ω ω ω 2 Rys. 3. Eksperymentlne kreślnie chrkterystyki częsttliwściwej Jeżeli trnsmitncj widmw ukłdu twrteg jest równ (jw), t trnsmitncj ukłdu zmknięteg m pstć: Z ( jω ) ( jω ). (9) + ( jω ) Dl pewnej częsttliwści w r mże zistnieć przypdek, że będzie spełniny wrunek (jw r )-. + ( jω ) 0 (0) Wówczs w równniu (0) minwnik równ się zeru, c prwdzi d sytucji, w której wyjściwy sygnł sinusidlny mże się sm pdtrzymć, wywłując, pprzez sprzężenie zwrtne, n wejściu przebieg tej smej mplitudzie i fzie (rys. 4). Sytucj t dpwid ukłdwi n grnicy stbilnści (rys.5). x(t)0 Y(ω r )sinω r t (jω r ) - -Y(ω r )sinω r t Rys. 4. Interpretcj kryterium Nyquist Im {(jω)} Im {(jω)} Im {(jω)} ωω r ω0 ω0 ω0 (-,j0) Re {(jω)} (-,j0) Re {(jω)} (-,j0) Re {(jω)} ω ω ω ) b) Rys. 5. Interpretcj wykresu chrkterystyki częsttliwściwej (jw) przy zstswniu kryterium Nyquist: ) ukłd n grnicy stbilnści, b) ukłd niestbilny, c) ukłd STABILNY c)

9 Według kryterium Nyquist w przypdku, gdy ukłd twrty jest stbilny, będzie stbilny p zmknięciu (rys.5.c), jeżeli chrkterystyk mplitudw-fzw ukłdu twrteg nie bejmuje punktu (-, j0). W przypdku występwni biegun zerweg w trnsmitncji (s), (dtyczy t ukłdów zwierjących człn cłkujący) chrkterystyk mplitudw-fzw (jw) m inny ksztłt niż chrkterystyki przedstwine n rys. 5. W tym przypdku, dl częsttliwści w 0 0, * chrkterystyk ( jω ) ( jω ) rzpczyn się n ujemnej półsi Im{ (jw)} jω w nieskńcznści (rys. 6). Nie m t jednk wpływu n cenę stbilnści ukłdu, gdyż tkże w tym przypdku kryterium Nyquist sprwdz się d niebejmwni punktu (-, j0) przez chrkterystykę częsttliwściwą (jw). Im {(jω)} ω (-,j0) Re {(jω)} ω0 Rys. 6. Przykłd chrkterystyki (jw) z biegunem zerwym Przykłd.3. Dl ukłdu z przykłdu. wyznczyć stbilnść krzystjąc z kryterium Nyguist. W krku pierwszym sprwdzmy czy ukłd twrty jest stbilny. rzystmy z kryterium Hurwitz. 3 2 3 9 26 0 3 27 0 0 9 26 9 9 > 0 9 26 9 27 3 26 > 0 3 27 26 2 Ukłd twrty jest stbilny. Wyznczmy chrkterystykę częsttliwściwą (jw). rzystmy z pleceni MATLAB-: << nyquist([],[3 9 27 26]) > 0

0 Rys. 7. Chrkterystyk Nyquist (jw) Ukłd będzie stbilny p zmknięcie jeżeli chrkterystyk mplitudw-fzw ukłdu twrteg nie będzie bejmwł punktu (-;j0). N pdstwie rys. 7 widzimy, że ukłd p zmknięciu będzie stbilny. (Uwg d rysunku. Plecenie MATLAB- nyquist wyzncz chrkterystykę (jw) z przedziłu częsttliwści ( ; + ) ). Wżną zletą kryterium Nyquist jest łtwść kreśleni zpsu stbilnści ukłdu bdneg. W pbliżu grnicy stbilnści stny nieustlne są scylcyjne tłumieniu crz mniejszym, im bliżej grnicy stbilnści znjduje się ukłd. Dlteg isttnym jest, by ukłd mił kreślny zps stbilnści. Zps stbilnści kreśl się z pmcą: - zpsu mdułu, - zpsu fzy. Zps mdułu kreśl krtnść jką musiłby wzrsnąć wzmcnienie przy niezmieninym rgumencie ukłdu twrteg, by ukłd zmknięty znlzł się n grnicy stbilnści. Zps fzy kreśl wrtść zminy rgumentu trnsmitncji widmwej ukłdu twrteg przy niezmiennym wzmcnieniu, któr dprwdziłby ukłd zmknięty d grnicy stbilnści. Pmcne w kreśleniu zpsu stbilnści są nlityczne wrunki stbilnści kryterium Nyquist, wynikjące z równni (0): lub ( jω ) < ϕ π ()

Im{ Re{ ( jω )} 0. (b) ( jω )} > 4.2. ryterium lgrytmiczne Nyquist Wrunki stbilnści wynikją bezpśredni z wrunku i mżn je przedstwić nstępując: 20lg ( jω) < 0 (2) ϕ π. P wyznczeniu chrkterystyk lgrytmicznych sprwdzmy dw wrunki częsttliwściwe: - częsttliwść, przy której chrkterystyk fzy przecin wrtść π (czyli 80 ) i wtedy mduł pwinien być ujemny, - częsttliwść, przy której chrkterystyk mdułu przecin 0 db i wtedy kąt przesunięci fzweg pwinien być większy niż π ( 80 ). Chrkterystyk Nyquist przedstwin w pstci lgrytmicznej nzywn jest chrkterystyką Bdeg. Aby wyznczyć chrkterystykę lgrytmiczn mplitudy i fzy psłużymy się pleceniem bde. W knie MATLAB- wpisujemy << bde([],[3 9 27 26]) Rys. 8. Chrkterystyk Bdeg

2 4.3. Zps stbilnści (mdułu i fzy) Zps stbilnści mżemy wyznczyć krzystjąc z pleceni mrgin. W knie MATLAB- wpisujemy << mrgin([],[3 9 27 26]) Rys. 9. Zps stbilnści: Pprwnść trzymnych wyników mżemy sprwdzić nlitycznie. Z chrkterystyki przedstwinej n rys. 9 wynik, że dl pulscji w3 rd/s kąt przesunięci fzweg jest równy -80 stpni. Wstwimy d wyrżeni n (jw) wrtść w3. ( j3) 3 ( j3) + 9 ( j3) 3 2 + 27 j3 + 26 26 8+ j(8 8) 55 Uzyskujemy tylk część rzeczywistą ujemną c dpwid przesunięciu fzwemu 80 stpni. Mduł trnsmitncji widmwej jest równy Zgdnie z wrunkiem (2) wyznczmy ( j3) 55 20lg ( j3) 34,8 < 0 Zps mdułu wynsi 34,8 db. Zpsu fzy nie musimy wyznczć pniewż mduł z trnsmitncji widmwej nie siągnie wrtści (0 db) dl żdnej częsttliwści.

3 5. Przebieg ćwiczeni lbrtryjneg I. W prgrmie MATLAB-Simulink utwrzyć mdel ukłdu regulcji jk n rysunku. Rys. 0 Schemt blkwy ukłdu regulcji Wykrzystć blki Simulink: Trnsfer Fcn, PID Cntrller, Sum, Step rz Scpe. Struktur ukłdu regulcji: - biekt pisny trnsmitncją drugieg rzędu - regultr PI. Dl pdnych, przez prwdząceg, prmetrów biektu przeprwdzić bdni symulcyjne ukłdu regulcji dl różnych nstw prmetrów regultr PI. Dbrć prmetry regultr, by uzyskć przebiegi peridyczne i scylcyjne. Dbrć prmetry regultr p rz i tk by uzyskć przebiegi dl ukłdu: stbilneg, n grnicy stbilnści, niestbilneg. II. dknć ceny stbilnści ukłdu regulcji stsując różne kryteri stbilnści. Skrzystć z pleceń \MATLAB- mówinych we wprwdzeniu d ćwiczeni. III. W sprwzdniu nleży zmieścić: Wykresy chrkterystycznych przebiegów regulcji uzysknych w SIMULIN-u; Obliczeni wyknne w MATLABie (rts, det, zps mdułu i zps fzy). Chrkterystyki częsttliwściwe Nyquist i Bdeg dl wybrnych prmetrów ukłdu. Obliczeni wyknne n pdstwie wzrów, dtyczące kryteriów Hurwitz, Nyquist, lgrytmiczneg Nyquist (Bdeg). Anlizę prównwczą trzymnych wyników.

4 Złącznik d ćwiczeni - mplik MATLABA % stbilnsc lbrtrium 20 % biekt drugieg rzedu % kb(s)/(s^2+bs+c) % regultr PI % kr(s)(kp+ki/s)(kp*s+ki)/s % ukld twrty % k0(s)kb(s)*kr(s) clc; cler ll; % Przykldwe prmetry biektu k; 20.35; 2.4; 0; numk; den[2 0]; kbtf([num],[den]); % Prmetry regultr kp; ki; num2[kp ki]; den2[ 0]; krtf(num2,den2); kseries(kb,kr); kzfeedbck(k,); [numkz, denkz]tfdt(kz,'v'); % kryterium pierwistkwe p_rchrts(denkz) nlength(denkz); wyz_2[denkz(2) denkz(4);denkz() denkz(3)]; wyz_3[denkz(2) denkz(4) 0;denkz() denkz(3) 0;0 denkz(2) denkz(4)]; % kryterium Hurwitz k_hur2det(wyz_2) k_hur3det(wyz_3) subplt(2,2,); % kryterium Nyquist nyquist(k); subplt(2,2,2); % kryterium Bde bde(k); grid; subplt(2,2,3); % zps mdulu i fzy mrgin(k); subplt(2,2,4); % bieguny i zer pzmp(kz); figure; % przebiegi czswe % dpwiedz n wymuszenie sinusidlne i wymuszenie stle t0:0.0:20; ystep(kz,t); w; U0; uu*sin(w*t); [ysim x]lsim(kz,u,t); subplt(2,,); plt(t,ysim,t,u); grid; subplt(2,,2); plt(t,y); grid;