Przestrzen_stanu.pdf

(4886 KB) Pobierz
Podstawy Automatyki
„Przedstawianie ciągłych i dyskretnych układów
sterowania w przestrzeni stanu”
Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki
Katedra Systemów Sterowania i Zarządzania
Mgr inż. Łukasz ZAWARCZYŃSKI
Bud.: D, pokój 4.07
Materiały do rozdziału od 4.4.2 do 4.4.4 „Teoria Sterowania” część I Układy liniowe, nr 155, Dr hab..inż. Tadeusz Stefański, Prof. PŚk
1/11
972291888.034.png 972291888.035.png 972291888.036.png 972291888.037.png 972291888.001.png
Podstawy Automatyki
Przestrzeń stanu
Model matematyczny układu sterowania można przedstawić w postaci:
Skalarnego równania różniczkowego, różnicowego
(1)
y ( k +2)+ y ( k +1)+ y ( k )= u ( k )
¨ y + ˙ y + y = u
Transmitancji operatorowej (ciągłej, dyskretnej)
(2)
G ( s )= Y ( s )
U ( s ) = 1
G ( z )= Y ( z )
U ( z ) = 1
s 2 + s +1
z 2 + z +1
Równań stanu – zapis wektorowo-macierzowy (ciągły, dyskretny)
(3)
x ( k +1)= A x ( k )+ B u ( k )
y ( k )= C x ( k )+ D u ( k )
˙ x ( t )= A x ( t )+ B u ( t )
y ( t )= C x ( t )+ D u ( t )
Wyjściowo modele matematyczne obiektów sterowania przedstawiane są
w postaci 1, 2. Do dokładniejszej analizy wykorzystuje się postać równań
stanu 3.
2/11
972291888.002.png 972291888.003.png 972291888.004.png 972291888.005.png
 
972291888.006.png 972291888.007.png 972291888.008.png
Podstawy Automatyki
Przestrzeń stanu
Postać macierzowa równań stanu umożliwia zapis równania różniczkowego
n-tego rzędu w postaci n-równań różniczkowych rzędu pierwszego:
Postać macierzowa równań stanu umożliwia zapis równania różnicowego n-
tego rzędu w postaci n-równań różnicowych rzędu pierwszego:
3/11
972291888.009.png 972291888.010.png 972291888.011.png 972291888.012.png
 
972291888.013.png 972291888.014.png 972291888.015.png
Podstawy Automatyki
Przestrzeń stanu
Zapis transmitancji ciągłej do postaci równań stanu ( transmitancja bez zer ):
U ( s ) = b 0
G ( s )= Y ( s )
s n + a n −1 s n −1 +...+ a 1 s + a 0 = Y
X X
U
Y
X = b 0
U = 1
X
s n + a n −1 s n −1 +...+ a 1 s + a 0
y ( n ) ( t )+ a n −1 y ( n −1) +...+ a 1 ˙ y ( t )+ a 0 y ( t )= b 0 u ( t )
podstawienie
x 1 ( t )= y ( t ) ,x 2 ( t )=˙ y ( t ) , ... ,x n ( t )= y ( n −1) ( t )
˙ x 1 ( t )= ˙ y ( t )= x 2 ( t ) , ˙ x 2 ( t )= ¨ y ( t )= x 3 ( t ) , ... , ˙ x n ( t )= y ( n ) = b 0 u ( t )− a 0 y ( t )− a 1 ˙ y ( t )+...− a n −1 y ( n −1) ( t )
˙ x ( t )= A x ( t )+ B u ( t )
y ( t )= C x ( t )+ D u ( t )
] , A = [
] , B = [
[
] , C = [ 10...0 ] , D =0
x 1 ( t )
x 2 ( t )
...
x n ( t )
010... 0
001... 0
... ... ... ... ...
a 0 a 1 a 2 ...− a n −1
0
0
...
b 0
x ( t )=
4/11
972291888.016.png 972291888.017.png 972291888.018.png 972291888.019.png
 
972291888.020.png 972291888.021.png 972291888.022.png 972291888.023.png 972291888.024.png
Podstawy Automatyki
Przestrzeń stanu
Zapis transmitancji ciągłej do postaci równań stanu ( m<n – transmitancja z
zerami ):
U ( s ) = b m s m +...+ b 1 s + b 0
G ( s )= Y ( s )
s n + a n −1 s n −1 +...+ a 1 s + a 0 = Y
X X
U
G 1 ( s )= X
U = 1
s n + a n −1 s n −1 +...+ a 1 s + a 0
G 2 ( s )= Y
X = b m s m +...+ b 1 s + b 0
y ( n ) ( t )+ a n −1 y ( n −1) +...+ a 1 ˙ y ( t )+ a 0 y ( t )= b m u m +...+ b 1 ˙ u + b 0 u
podstawienie
x 1 ( t )= y ( t ) ,x 2 ( t )= ˙ y ( t ) , ... ,x n ( t )= y ( n −1) ( t )
˙ x 1 ( t )=˙ y ( t )= x 2 ( t ) , ˙ x 2 ( t )= ¨ y ( t )= x 3 ( t ) , ... , ˙
( x n )( t )= y ( n ) = b 0 u ( t )− a 0 y ( t )− a 1 ˙ y ( t )+...− a n −1 y ( n −1) ( t )
Macierz A wygląda identycznie jak dla przypadku transmitancji bez zer.
[
] , C = [ b 0 b 1 ... b m ...0...0 ] , D =0
0
0
...
1
B =
5/11
972291888.025.png 972291888.026.png 972291888.027.png 972291888.028.png
 
972291888.029.png 972291888.030.png 972291888.031.png 972291888.032.png 972291888.033.png
Zgłoś jeśli naruszono regulamin