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

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

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

Badanie stabilności liniowych układów sterowania

Układ regulacji automatycznej (URA) kryteria stabilności

Laboratorium z podstaw automatyki

Stabilność. Krzysztof Patan

Automatyka i robotyka

Automatyka i robotyka

KRYTERIA ALGEBRAICZNE STABILNOŚCI UKŁADÓW LINIOWYCH

Ćwiczenie nr 6 Charakterystyki częstotliwościowe

Podstawy Automatyki. Wykład 3 - charakterystyki częstotliwościowe, podstawowe człony dynamiczne. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

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

Teoria sterowania - studia niestacjonarne AiR 2 stopień

PAiTM. materiały uzupełniające do ćwiczeń Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych studia inżynierskie prowadzący: mgr inż.

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE

Kompensacja wyprzedzająca i opóźniająca fazę. dr hab. inż. Krzysztof Patan, prof. PWSZ

Ćw. S-III.3 ELEMENTY ANALIZY I SYNTEZY UAR Badanie stabilności liniowego UAR

VII. Elementy teorii stabilności. Funkcja Lapunowa. 1. Stabilność w sensie Lapunowa.

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra InŜynierii Systemów Sterowania Podstawy Automatyki

Transmitancje i charakterystyki częstotliwościowe. Krzysztof Patan

Technika regulacji automatycznej

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

Podstawy Automatyki. Wykład 3 - Charakterystyki częstotliwościowe, podstawowe człony dynamiczne. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

Podstawy Automatyki Zbiór zadań dla studentów II roku AiR oraz MiBM

Podstawy Automatyki. Wykład 3 - charakterystyki częstotliwościowe, podstawowe człony dynamiczne. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

Technika regulacji automatycznej

Podstawowe człony dynamiczne

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

Podstawy Automatyki. Wykład 3 - charakterystyki częstotliwościowe, podstawowe człony dynamiczne. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

Sposoby modelowania układów dynamicznych. Pytania

Część 1. Transmitancje i stabilność

Inżynieria Systemów Dynamicznych (4)

Stabilność II Metody Lapunowa badania stabilności

( 1+ s 1)( 1+ s 2)( 1+ s 3)

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

Sterowanie Serwonapędów Maszyn i Robotów

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

III. Układy liniowe równań różniczkowych. 1. Pojęcie stabilności rozwiązań.

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

Przeksztacenie Laplace a. Krzysztof Patan

Opis matematyczny. Równanie modulatora. Charakterystyka statyczna. Po wprowadzeniu niewielkich odchyłek od ustalonego punktu pracy. dla 0 v c.

Podstawy Automatyki. Wykład 7 - Jakość układu regulacji. Dobór nastaw regulatorów PID. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

Technika regulacji automatycznej

Automatyka i robotyka

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

Podstawy Automatyki. Wykład 4 - algebra schematów blokowych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

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

Podstawy Automatyki. Wykład 4 - algebra schematów blokowych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

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

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Procedura modelowania matematycznego

Podstawy Automatyki. Wykład 4 - algebra schematów blokowych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Systemy. Krzysztof Patan

UKŁADY JEDNOWYMIAROWE. Część II UKŁADY LINIOWE Z OPÓŹNIENIEM

Tematyka egzaminu z Podstaw sterowania

Laboratorium z podstaw automatyki

Inżynieria Systemów Dynamicznych (3)

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

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

Automatyka i robotyka

Sterowanie napędów maszyn i robotów

1. POJĘCIA PODSTAWOWE I RODZAJE UKŁADÓW AUTOMATYKI

przy warunkach początkowych: 0 = 0, 0 = 0

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

Katedra Automatyzacji Laboratorium Podstaw Automatyzacji Produkcji Laboratorium Podstaw Automatyzacji

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

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

Podstawowe człony dynamiczne. dr hab. inż. Krzysztof Patan

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

Automatyka i robotyka ETP2005L. Laboratorium semestr zimowy

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

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

ĆWICZENIE 6 Transmitancje operatorowe, charakterystyki częstotliwościowe układów aktywnych pierwszego, drugiego i wyższych rzędów

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Transmitancje układów ciągłych

Lepkosprężystość. Metody pomiarów właściwości lepkosprężystych materii

4. Właściwości eksploatacyjne układów regulacji Wprowadzenie. Hs () Ys () Ws () Es () Go () s. Vs ()

PODSTAWY AUTOMATYKI. MATLAB - komputerowe środowisko obliczeń naukowoinżynierskich - podstawowe operacje na liczbach i macierzach.

Plan wykładu. Własności statyczne i dynamiczne elementów automatyki:

Laboratorium nr 3. Projektowanie układów automatyki z wykorzystaniem Matlaba i Simulinka

1. Transformata Laplace a przypomnienie

Równania różniczkowe zwyczajne zadania z odpowiedziami

Podstawy Automatyki. Wykład 9 - Dobór regulatorów. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Z-ZIP-103z Podstawy automatyzacji Basics of automation

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

Podstawy Automatyki. Wykład 6 - Miejsce i rola regulatora w układzie regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

AUTOMATYKA. Materiały dydaktyczne dotyczące zagadnień przewidzianych w I pracy kontrolnej

A-4. Filtry aktywne RC

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

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie. Sterowanie ciągłe. Teoria sterowania układów jednowymiarowych

Podstawy Automatyki. Wykład 7 - obiekty regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

3 Podstawy teorii drgań układów o skupionych masach

Automatyka i sterowanie w gazownictwie. Regulatory w układach regulacji

Przekształcenia całkowe. Wykład 1

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE zadania z odpowiedziami

Urz¹dzenie steruj¹ce. Obiekt. Urz¹dzenie steruj¹ce. Obiekt. 1. Podstawowe pojęcia. u 1. y 1 y 2... y n. z 1 z 2... z l.

LINIOWE UKŁADY DYSKRETNE

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 7

Laboratorium z automatyki

Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów o stałych współcz

Transkrypt:

Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych Instytut Automatyki i Robotyki Warszawa, 2015

Wstęp Stabilność O układzie możemy mówić, że jest stabilny gdy układ ten wytrącony ze stanu równowagi (rozpatrywanego punktu pracy P) powraca do niej (do pewnego stanu K) po ustaniu działania czynników (zakłóceń z), które go z tego stanu wytrąciły. W przypadku układów liniowych, zachowanie się układu po zaniku oddziaływania, które wytrąciło go ze stanu równowagi, jest cechą charakterystyczną danego układu i nie zależy od przebiegu oddziaływania przed jego zanikiem. (łatwa analiza) W przypadku układów nieliniowych, ich zachowanie pod wpływem wymuszeń i po ich zaniku może zależeć od punktu pracy układu oraz od rodzaju i wielkości wymuszeń. (trudna analiza)

Stabilność Możliwe są trzy rodzaje zachowań układów po wytrąceniu ze stanu równowagi: 1 Układ powraca do stanu równowagi w punkcie pracy zajmowanym przed wytrąceniem go ze stanu równowagi - układ stabilny asymptotycznie, 2 Układ osiąga stan równowagi w innym punkcie pracy niż początkowy - układ stabilny nieasymptotycznie, 3 Układ nie osiąga stanu równowagi - układ niestabilny; szczególnym przypadkiem takiego zachowania jest wykonywanie przez układ oscylacji o stałej amplitudzie - układ na granicy stabilności.

Odpowiedź na wymuszenie impulsowe Wymuszenie impulsowe jest najprostszym przypadkiem wymuszenia, pozwalającego określić stabilność liniowego układu dynamicznego. Korzystając z zależności y(t) u(t)=δ = g(t) = L 1 {G(s)} Wybrane orginały trasformat Laplace a po wymuszeniu impulsowym, przydatne do dalszej { } analizy są następujące. { } 1 1 L 1 = 1(t) L 1 = e αt s s ± α { } { } 1 L 1 s 2 = t L 1 1 (s ± α) 2 = te αt { } As + B L 1 s 2 = Ae C 2 t cos(t D C 2 2B AC )+ + Cs + D 4 e C 2 t sin(t D C 2 4D + C 2 4 ) jeżeli: C 2 4D < 0.

Stabilnośc Rysunek : Przykładowy schemat blokowy a n d (n) y(t) dt (n) + + a 1 dy(t) dt + a 0 = b m d (m) tu(t) dt (m) + + b 1 du(t) dt G(s) = Y (s) U(s) = b ms m + + b 2 s 2 + b 1 s + b 0 a n s n + + a 2 s 2 + a 1 s + a 0 y(t) u(t)=δ = g(t) = L 1 {G(s)} + b 0

Wstęp Rysunek : Przykładowe odpowiedzi impulsowe układów: 1, 2 stabilnych nieasymptotycznie, 3, 4 - stabilnych asymptotycznie, 5, 6 niestabilnych, 7 układ na granicy stabilności (drgania niegasnące)

Stabilność Przypadek 1: Równanie charakterystyczne ma tylko niezerowe pojedyncze pierwiastki rzeczywiste G(s) = Po rozłożeniu na ułamki proste L(s) a n (s s 1 )(s s 2 )... (s s n ) G(s) = C 1 s s 1 + C 2 s s 2 + + C n s s n g(t) = L 1 {G(s)} = C 1 e s1t + C 2 e s2t +... + C n e snt lim g(t) = 0 jeżeli s 1,..., s n < 0 t

Stabilność Przypadek 2: Równanie charakterystyczne ma jeden podwójny pierwiastek, a pozostałe są pierwiastki są pojedyncze rzeczywiste niezerowe. L(s) G(s) = a n (s s 1 ) 2 (s s 3 )... (s s n ) Po rozłożeniu na ułamki proste G(s) = C 1 C 2 + s s 1 (s s 1 ) 2 + C 3 + + C n s s 3 s s n g(t) = L 1 {G(s)} = C 1 e s1t + C 2 te s1t + C 3 e s3t +... + C n e snt lim g(t) = 0 jeżeli s 1,..., s n < 0 t ponieważ (przy s 1 < 0 funkcja wykładnicza e s1t maleje szybciej niż rośnie zmienna t)

Stabilność Przypadek 3: Równanie charakterystyczne ma jeden pierwiastek zerowy i pozostałe pierwiastki ma niezerowe pojedyncze rzeczywiste G(s) = Po rozłożeniu na ułamki proste L(s) a n (s)(s s 2 )... (s s n ) G(s) = C 1 s + C 2 s s 2 + + C n s s n g(t) = L 1 {G(s)} = C 1 + C 2 e s2t +... + C n e snt lim g(t) = C 1 jeżeli s 2,..., s n < 0 t

Stabilność Przypadek 4: Równanie charakterystyczne ma dwa (lub więcej) pierwiastki zerowe i pozostałe pierwiastki niezerowe pojedyncze rzeczywiste. G(s) = L(s) a n (s) 2 (s s 3 )... (s s n ) = C 1 s + C 2 (s) 2 + C 3 s s 3 + + Po rozłożeniu na ułamki proste G(s) = L(s) a n (s) 2 (s s 3 )... (s s n ) = C 1 s + C 2 (s) 2 + C 3 s s 3 + + g(t) = L 1 {G(s)} = C 1 + C 2 t + C 3 e s3t +... + C n e snt lim g(t) = układ jest niestabilny t C n s s n C n s s n

Stabilność Przypadek 5: Równanie charakterystyczne ma niezerowe pojedyncze pierwiastki rzeczywiste i pierwiastki zespolone sprzężone - o ujemnych częściach rzeczywistych x 1 = a + jb, x 2 = a jb G(s) = po rozłożeniu na ułamki proste G(s) = L(s) a n (s 2 2as + a 2 + b 2 )(s s 3 )... (s s n ) C 1 s + C 2 (s 2 2as + a 2 + b 2 ) + C 3 s s 3 + + C n s s n g(t) = L 1 {G(s)} = C 1 e at cos(bt)+ C 2 + ac 1 e at sin(bt)+c 3 e s3t +...+C n e snt b lim g(t) = 0 jeżeli a < 0, i Re(s 3),..., Re(s n ) < 0 t

Stabilność Przypadek 6: Równanie charakterystyczne ma niezerowe pojedyncze pierwiastki rzeczywiste i pierwiastki zespolone sprzężone o zerowych częściach rzeczywistych x 1 = jb, x 2 = jb G(s) = po rozłożeniu na ułamki proste L(s) (s 2 + b 2 )(s s 3 )... (s s n ) G(s) = C 1s + C 2 (s 2 + b 2 ) + C 3 s s 3 + + C n s s n g(t) = L 1 {G(s)} = C 1 cos(bt) + C 2 b sin(bt) + C 3e s3t +... + C n e snt Jeżeli s3,..., sn < 0, to układ jest na granicy stabilności i ustalają się drgania niegasnące.

Stabilność Reasumując można stwierdzić, że: Układ jest stabilny asymptotycznie, jeżeli jego równanie charakterystyczne układu ma pierwiastki rzeczywiste ujemne lub zespolone o ujemnych częściach rzeczywistych. Układ ten jest stabilny nieasymptotycznie jeżeli jego równanie charakterystyczne oprócz pierwiastków ujemnych lub o ujemnych częściach rzeczywistych ma jeden pierwiastek zerowy. Układ ten jest niestabilny jeżeli jego równanie charakterystyczne ma więcej niż jeden pierwiastek zerowy lub pierwiastki dodatnie lub zespolone o dodatnich częściach rzeczywistych. Układ jest na granicy stabilności (generuje drgania niegasnące) jeżeli równanie charakterystyczne układu nie ma więcej niż jednego pierwiastka zerowego i nie ma pierwiastków dodatnich lub zespolonych o dodatnich częściach rzeczywistych, natomiast ma pierwiastki zespolone o zerowych częściach rzeczywistych.

Stabilność - zadania Określić stabilność elementów o transmitancjach operatorowych oraz układu o schemacie G(s) = 1 2s + 1 G(s) = 1 2s 1 1 G(s) = 2s 2 + 3s + 1 ( G(s) = k p 1 + 1 ) T i s

Stabilność - kryteria stabilności Do oceny stabilności układów liniowych wystarczy znajomość rozkładu pierwiastków równania charakterystycznego układu na płaszczyźnie zmiennej zespolonej s. Problemy, które się pojawiają przy tej metodzie obliczanie pierwiastków równań wyższych rzędów nie jest łatwe, nie zawsze znane jest równanie charakterystyczne układu. Inne metody określania stabilności tzw. kryteria stabilności, które nie wymagają wyznaczania wartości pierwiastków równania charakterystycznego: kryteria analityczne (Hurwitza, Routha), kryteria graficzne (kryterium Michajłowa, metoda Evansa), kryteria graficzno analityczne (kryterium Nyquista, metoda rozkładu D).

Kryterium Hurwitza Kryterium Hurwitza Kryterium Hurwitza umożliwia sprawdzenie, czy równanie algebraiczne dowolnego stopnia ma wyłącznie pierwiastki ujemne lub o częściach rzeczywistych ujemnych. Zastosowanie jego ograniczone jest do liniowych układów o parametrach skupionych i transmitancji danej w postaci analitycznej. Równanie algebraiczne stopnia n o stałych rzeczywistych współczynnikach a n d (n) y(t) dt (n) + a n 1 d (n 1) y(t) dt (n 1) + + a 1 dy(t) dt + a 0 ma wszystkie pierwiastki ujemne, lub o ujemnych częściach rzeczywistych, jeżeli są spełnione dwa warunki, zwane warunkami Hurwitza. 1 WARUNEK I: Wszystkie współczynniki a 0, a 1,..., a n, tego równania są różne od zera i są jednakowego znaku, 2 WARUNEK 2: Wszystkie wyznaczniki minorów głównych tzw. macierzy Hurwitza n są większe od zera

Kryterium Hurwitza Macierz Hurwitza Macierz Hurwitza ma następującą postać postać a n 1 a n 0 0 0 0 a n 3 a n 2 a n 1 0 0 0 a n 5 a n 4 a n 3 0 0 0 n = 0 0 0 a 2 a 3 a 4 0 0 0 a 0 a 1 a 2 0 0 0 0 0 a 0 n n (1) WYJĄTEK: Kryterium Hurwitza nie umożliwia badania stabilności układu z opóźnieniami.

Kryterium Hurwitza Przykład: wyznaczyć macierz Hurwitza dla równania czwartego stopnia a 4 s 4 + a 3 s 3 + a 2 s 2 + a 1 s + a 0 = 0 a 3 a 4 0 0 4 = a 1 a 2 a 3 a 4 0 a 0 a 1 a 2 0 0 0 a 0 Jego podwyznacznikami głównymi są: 2 = a 3 a 1 a 4 a 2 a 3 a 1 0 3 = a 4 a 2 a 0 0 a 3 a 1

Kryterium Hurwitza - przykład H1 Wyznaczyć zakres wartości wzmocnienia k p regulatora P, zapewniający stabilną pracę układu. G s = 1 (TS+1) 4 1 + 1 (TS+1) 4 = 1 (TS + 1) 4 + k p Równanie charakterystyczne układu: (Ts + 1) 4 + k p = 0

Kryterium Hurwitza - przykład H1 Równanie charakterystyczne układu: (Ts + 1) 4 + k p = 0 czyli T 4 s 4 + 4T 3 s 3 + 6T 2 s 2 + 4Ts + 1 + k p = 0 a 4 = T 4, a 3 = 4T 3, a 2 = 6T 2, a 1 = 4T, a 0 = 1 + k p I. warunek Hurwitza będzie spełniony, jeżeli a 0 = 1 + k p > 0, czyli gdy k p > 1

Kryterium Hurwitza - przykład H1 Macierz Hurwitza a 3 a 4 0 0 4 = a 1 a 2 a 3 a 4 0 a 0 a 1 a 2 = 0 0 0 a 0 4T 3 4T 0 0 4T 6T 2 4T 3 T 4 0 1 + k p 4T 6T 2 0 0 0 1 + k p II. warunek Hurwitza będzie spełniony, jeżeli ( ) 4T det( 2 ) = det 3 4T 4T 6T 2 > 0 det( 3 ) = det 4T 3 4T 0 4T 6T 2 4T 3 0 1 + k p 4T > 0

Kryterium Hurwitza - przykład H1 det( 2 ) = 24T 5 4T 5 = 20T 5 > 0 det( 3 ) = 96T 6 16T 6 16T 6 k p 16T 6 = 64T 6 16T 6 k p > 0 czyli z II warunku Hurwitza k p < 4 I. i II. warunek Hurwitza będą spełnione, jeżeli 1 < k p < 4

Kryterium Nyquista Kryterium Nyquista umożliwia ocenę stabilności układu zamkniętego na podstawie charakterystyk częstotliwościowych układu otwartego. Transmitancja układu zamkniętego G Z (s) = Transmitancja układu otwartego G 1 (s) 1 + G 1 (s)g 2 (s) G 0 (s) = G 1 (s)g 2 (s)

Uproszczone kryterium Nyquista Uproszczone kryterium Nyquista W przypadku kiedy równanie charakterystyczne układu otwartego nie ma pierwiastków dodatnich lub o dodatnich częściach rzeczywistych (może mieć dowolna liczbę pierwiastów zerowych), układ zamknięty jest stabilny, jeżeli charakterystyka amplitudowo fazowa układu otwartego nie obejmuje punktu o współrzędnych { 1, j0}. Nie obejmuje oznacza, że przy przesuwaniu się wzdłuż charakterystyki w kierunku wzrastających pulsacji, punkt 1, j0 pozostaje po lewej stronie charakterystyki UWAGA: Uproszczone kryterium Nyquista nie obejmuje przypadków kiedy równanie charakterystyczne układu otwartego, oprócz ujemnych lub zerowych, ma także pierwiastki dodatnie lub o dodatnich częściach rzeczywistych.

Kryterium Nyquista Cechy kryterium Nyquista charakterystyka częstotliwościowa układu otwartego, na podstawie której określana jest stabilność układu zamkniętego, może być łatwo wyznaczana analitycznie lub doświadczalnie, kryterium umożliwia nie tylko stwierdzenie faktu stabilności, lecz także umożliwia projektowanie układu o określonych właściwościach dynamicznych, kryterium umożliwia badanie stabilności układów zawierających elementy opóźniające.

Kryterium Nyquista - przykłady charakterystyk Rysunek : Przykłady charakterystyk amplitudowo fazowych układów otwartych, odpowiadających: stabilnym układom zamkniętym - charakterystyka nie obejmuje punktu 1, j0

Kryterium Nyquista - przykłady charakterystyk Rysunek : Przykłady charakterystyk amplitudowo fazowych układów otwartych, odpowiadających: niestabilnym układom zamkniętym - charakterystyka obejmuje punkt 1, j0

Kryterium Nyquista Rysunek : Charakterystyki aplitudowe-fazowe układu otwartego w przypadku 1) stabilnego układu zamkniętego, 2) niestabilnego układu zamkniętego Warunki Nyquista M(ω π ) < 1; gdzie ω π : ϕ(ω π ) = π ϕ(ω p ) > π; gdzie ω p : M(ω p ) = 1

Kryterium Nyquista

Kryterium Nyquista - charaktersytyki Bodego Warunki Nyquista dla charakterystyk amplitudowej i fazowej L(ω π ) = 20 log M(ω π ) < 0; ϕ(ω p ) > π; gdzie L(ω p ) = 0

Kryterium Nyquista - zapas modułu i zapas fazy Zapas modułu M = Zapas fazy 1 M(ω π ) L = 20 log M(ω pi) ϕ = pi + ϕ(ω p ) Zapas modułu i fazy układu stabilnego ma wartości dodatnie. PRAKTYKA PRZEMYSŁOWA 30 deg < ϕ < 60 deg 2 M 4 6dB L 12dB

Kryterium Nyquista - przykład N1 Stosując kryterium Nyquista zbadać stabilność układu G 0 (s) = 1 s 3 + 3s 2 + s + 1 1 G 0 (jω) = iω 3 3ω 2 + jω + 1 = 1 1 3ω 2 j(ω ω 3 1 3ω 2 + j(ω ω 3 ) 1 3ω 2 j(ω ω 3 ) = 1 3ω 2 (1 3ω 2 ) 2 + (ω ω 3 ) 2 + j (ω ω 3 ) (1 3ω 2 ) 2 + (ω ω 3 ) 2 część rzeczywista i urojona P(ω) = 1 3ω 2 (1 3ω 2 ) 2 + (ω ω 3 ) 2 ; Q(ω) = (ω ω 3 ) (1 3ω 2 ) 2 + (ω ω 3 ) 2

Kryterium Nyquista - przykład N1 część rzeczywista część urojona P(ω) = Q(ω) = 1 3ω 2 (1 3ω 2 ) 2 + (ω ω 3 ) 2 (ω ω 3 ) (1 3ω 2 ) 2 + (ω ω 3 ) 2 ω 0 1/3 1 P(ω) 1 0-0.5 0 Q(ω) 0-2.6 0 0

Rzeczywisty kształt charakterystyki - MATLAB

Kryterium Nyquista - przykład N2 Stosując kryterium Nyquista zbadać stabilność układu i wyznaczyć zapasy stabilności. 10 1 G 0 (s) = (0.1s + 1)(0.001s + 1) 0.3s

Kryterium Nyquista - przykład N2 G 0 (s) = G 1 (s)g 2 (s)g 3 (s)g 4 (s) czyli 1 1 1 G 0 (s) = 10 0.1s + 1 0.01s + 1 0.3s

Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych Instytut Automatyki i Robotyki Warszawa, 2015