Tillståndsbeskrivning, styr
Transcription
Tillståndsbeskrivning, styr
2 Innehåll föreläsning 9 Reglerteknik, föreläsning 9 Tillståndsbeskrivning, styr- och observerbarhet 1. Sammanfattning av föreläsning 8 2. Representation av system 3. Tillståndsform till överföringsfunktion 4. Överföringsfunktion till tillståndsform Fredrik Lindsten 5. Styr- och observerbarhet [email protected] Kontor 2A:521, Hus B, Reglerteknik Institutionen för systemteknik (ISY) Sammanfattning från föreläsning 8 Våra modeller är alltid förenklingar av verkligheten! 3 4 Sammanfattning från föreläsning 8, forts. Sats: (Robusthetskriteriet) Givet att stabiliseras av återkopplingen . Antag att: För att kunna analysera detta införde vi ett relativt modellfel • Det sanna systemet ges av • • och har samma antal poler i höger halvplan. och går mot när går mot oändligheten Då gäller att om, Ofta har vi endast en övre gräns på . Detta räcker dock för att vi via robusthetskriteriet ska kunna uttala oss om stabilitet. för alla (tillräckligt, men ej nödvändigt villkor) är stabilt 5 Sammanfattning från föreläsning 8, forts. Tillstånd = den information som behövs vid tidpunkt kunna förutsäga effekten av pålagd insignal Sammanfattning från föreläsning 8, forts. 6 En allmän tillståndsbeskrivning ges av, för att . ex) där: • x(t) är en 7 matris • B är en matris • C är en matris Ex. Tillståndsform (medicin i kroppen) En (mycket) enkel beskrivning av hur ett ämne, t.ex. en medicin, tas upp i kroppen ges av Om ett system har följande tillståndsbeskrivning hur beror då utsignalen av det andra tillståndet • A är en • D är en skalär (oftast D=0) Tillståndsvektor Fråga från förra föreläsningen -vektor (tillståndsvektorn) ? u(t) – tillförselhastighet av ämnet (insignal) q(t) – mängd av ämnet i mage, tarmar (tillstånd) c(t) – mängd av ämnet i blodet (tillstånd) y(t) – mängd av ämnet i blodet (utsignal) Konstanterna k1 och k2 beskriver ämnesomsättningen. 8 9 Ex. Tillståndsform (Fuglesang) Christer Fuglesang på rymdpromenad kan beskrivas av ekvationerna: Fuglesang Representation av system Yttre beskrivning Inre beskrivning u m – massan 11 Tillståndsform Överföringsfunktion Överföringsfunktion Tillståndsform Styrbar kanonisk form Givet en (strikt proper) överföringsfunktion Överföringsfunktionen hur får vi fram motsvarande tillståndsbeskrivning? kan beskrivas på tillståndsform som: Det finns oändligt många sätt att representera en given överföringsfunktion på tillståndsform! De enklaste är: • Om b1= b2= …= bn-1= 0 kan vi välja derivator av y(t) som tillstånd (som i vårt inledande exempel) • Styrbar kanonisk form (Resultat 8.1 i boken) • Observerbar kanonisk form (Resultat 8.2 i boken) y Vi har med tillståndsformer inte infört några nya typer av system, endast ett nytt sätta att beskriva och analysera våra vanliga system. p(t) – Christers position (tillstånd) v(t) – Christers hastighet (tillstånd) u(t) – kraft från raketmotor på ryggen (insignal) y(t) – Christers position (utsignal) Från överföringsfunktion till tillståndsform 10 (Styrbar kanonisk form) 12 Observerbar kanonisk form 13 14 Styrbarhet och observerbarhet Överföringsfunktionen • x1(t), x2(t), x3(t) – vattennivåer • u(t) – vatten tillfört tank 2 • f1(t) – flöde från tank 1 till tank 2 kan beskrivas på tillståndsform som: • f2(t) – flöde från tank 2 till tank 3 (Observerbar kanonisk form) y(t) Insignal: u(t) Utsignal: y(t) = x2(t) (antag att alla proportionalitetskonstanter = 1) Styrbarhet och observerbarhet 15 16 Ex. från förra föreläsningen • Nivån x1(t) kan ej påverkas av styrsignalen Æ Ej styrbart y(t) • Nivån x3(t) påverkar ej utsignalen (går ej att härleda från y(t)) Æ Ej observerbart x1(t) y(t) u(t) x2(t) x2 är inte observerbart! Några begrepp som får summera föreläsning 9 17 Tillståndrum: Det vektorrum dit tillståndsvektorn hör. Minimal realisation: En tillståndsbeskrivning för en given är en minimal realisation om inte kan beskrivas med färre tillstånd. Styrbar: Det finns inga tillstånd som inte kan nås via lämpligt val av styrsignal (hela tillståndsvektorn påverkas direkt eller indirekt av styrsignalen). Observerbar: Det finns inga nollskilda tillstånd som inte påverkar utsignalen (tillståndsvektorn kan inte vara nollskild utan att vi märker det)