سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي - دکتر سید مجید اسما عیل زاده.

Slides:



Advertisements
Similar presentations
Chapter 5 – The Performance of Feedback Control Systems
Advertisements

Dynamic Behavior of Closed-Loop Control Systems
شهادت امام جعفر صادق(ع) تسلیت باد سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي- دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
دکتر حسين بلندي- دکتر سید مجید اسما عیل زاده
(ex) Consider a plant with
1 سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي - دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي - دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
Department of Computer Eng. Sharif University of Technology Discrete-time signal processing Chapter 5: Transform Analysis of Linear Time- Invariant Systems.
Chapter 5 – The Performance of Feedback Control Systems
LINEAR CONTROL SYSTEMS Ali Karimpour Assistant Professor Ferdowsi University of Mashhad.
Modern Control Theory (Digital Control)
LINEAR CONTROL SYSTEMS Ali Karimpour Assistant Professor Ferdowsi University of Mashhad.
LINEAR CONTROL SYSTEMS Ali Karimpour Assistant Professor Ferdowsi University of Mashhad.
Process Control Instrumentation II
Lect. 5 Lead-Lag Control Basil Hamed
سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي - دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
LINEAR CONTROL SYSTEMS Ali Karimpour Assistant Professor Ferdowsi University of Mashhad.
سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي - دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي - دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
ابزار دقیق بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر سید مجید اسما عیل زاده زمستان 1389.
سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي - دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
University of Virginia Proportional Control Spring 2015 Jack Stankovic University of Virginia.
سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي- دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
INC341 Design with Root Locus
Chapter 5 Transient and Steady State Response “I will study and get ready and someday my chance will come” Abraham Lincoln.
سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي - دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
1 Chapter 11 Compensator Design When the full state is not available for feedback, we utilize an observer. The observer design process is described and.
Performance of Feedback Control Systems. Test Input Signals:
سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي - دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي - دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
MESB374 System Modeling and Analysis PID Controller Design
Lecture 17: Introduction to Control (part III)
سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي- دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
Time domain response specifications Defined based on unit step response with i.c. = 0 Defined for closed-loop system.
Lec 6. Second Order Systems
INC 341PT & BP INC341 Root Locus (Continue) Lecture 8.
Discrete Controller Design
System Time Response Characteristics
Chapter 5: Root Locus Nov , Two Conditions for Plotting Root Locus Given open-loop transfer function G k (s) Characteristic equation Magnitude.
دانشگاه صنعتي اميركبير دانشكده مهندسي پزشكي استاد درس دكتر فرزاد توحيدخواه بهمن 1389 کنترل پيش بين-دکتر توحيدخواه MPC Stability-2.
1 Time Response. CHAPTER Poles and Zeros and System Response. Figure 3.1: (a) System showing input and output; (b) Pole-zero plot of the system;
سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي - دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
Control Systems Lect.3 Steady State Error Basil Hamed.
SKEE 3143 Control Systems Design Chapter 2 – PID Controllers Design
System Dynamics Dr. Mohammad Kilani
سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي- دکتر سید مجید اسما عیل زاده.
Lecture 7/8 Analysis in the time domain (II) North China Electric Power University Sun Hairong.
دکتر حسين بلندي- دکتر سید مجید اسما عیل زاده
Automatic Control Theory CSE 322
Youngjune, Han Chapter 4 Time Response Youngjune, Han
دکتر حسين بلندي- دکتر سید مجید اسما عیل زاده
Transient Response First order system transient response
دکتر سید مجید اسما عیل زاده
LINEAR CONTROL SYSTEMS
Basic Design of PID Controller
Chapter 2 Functions.
Transient Response First order system transient response
What damping ratio range do we typically want?___0.4~1____
Prototype 2nd order system:
Name:_________________
Root-locus Technique for Control Design
Controller design by R.L.
Prototype 2nd order system:
Root Loci Analysis (3): Root Locus Approach to Control System Design
دکتر سید مجید اسما عیل زاده
With respect to reference input:
7-5 Relative Stability.
Chapter 5 – The Performance of Feedback Control Systems
Chapter 5 The Performance of Feedback Control Systems
By: Nafees Ahamad, AP, EECE, Dept. DIT University, Dehradun
Presentation transcript:

سیستمهای کنترل خطی پاییز 1389 بسم ا... الرحمن الرحيم دکتر حسين بلندي - دکتر سید مجید اسما عیل زاده

Recap. Transient Response: Second order system transient response State space equation 2

سؤال: چگونه ماتريس را محاسبه كنيم؟ (2). (3). (1). 3

4 1) When ζ = 1, ωd = 0

5

The tracking error: 6

7

8 2) Over damped: ζ > 1

9

10

3) 2 nd order General: Recall 1 st order system step response: 2 nd order General case: 11

12

Pole location determines transient 13

14

15

16

All closed-loop poles must be strictly in the left half planes Transient dies away Dominant poles: those which contribute the most to the transient Typically have dominant pole pair – (complex conjugate) – Closest to jω-axis (i.e. the least negative) – Slowest to die away 17

4) Putting all things together: Settling time: 18

Typical design specifications Steady-state: e ss to step ≤ # % t s ≤ · · · Speed (responsiveness) t r ≤ · · · t d ≤ · · · Relative stability M p ≤ · · · % 19

These specs translate into requirements on ζ, ωn or on closed-loop pole location : Find ranges for ζ and ωn so that all 3 are satisfied. 20

Find conditions on σ and ωd. 21

In the complex plane : 22

Constant σ : vertical lines σ > # is half plane 23

 or ts=5  or ts < 2.5 ts < … corresponds to a half plane to the left of a vertical line Constant σ : vertical lines σ > # is half plane Any poles on the same vertical line have the same  and the same settling time t s 24

Constant ωd : horizontal line 25

Constant ωn : circles ωn < · · · inside of a circle ωn > · · · outside of a circle 26

Constant ωn : circles ωn < · · · inside of a circle ωn > · · · outside of a circle Any poles on the same circle have the same  n  and similar rise time/delay time Inside circle corresponds to tr> … Outside a circle corresponds to tr < … 27

Constant ζ : φ = cos -1 ζ constant Constant ζ = ray from the origin ζ > · · · is the cone ζ < · · · is the other part 28

In the complex plane : p=-  + j  d -- jdjd  Any pole on the ray have the same  Mp < … or  > … corresponds to a conic region about the neg real axis 29

If more than one requirement, get the common (overlapped) area e.g. ζ > 0.5, σ > 2, ωn > 3 gives Sometimes meeting two will also meet the third, but not always. 30

31

Try to remember these: 32

+ - Example: When given unit step input, the output looks like: Q: estimate k and τ. 33

34

35

Effects of additional zeros Suppose we originally have: i.e. step response Now introduce a zero at s = -z The new step response: 36

37

Effects: Increased speed, Larger overshoot, Might increase ts 38

39

40

Effects of additional pole Suppose, instead of a zero, we introduce a pole at s = -p, i.e. 41

L.P.F. has smoothing effect, or averaging effect Effects: Slower, Reduced overshoot, May increase or decrease ts 42

43

افزودن يك قطب به تابع تبديل حلقه - باز فرض مي ‌ كنيم قطب واقع در به تابع تبديل مرتبة دوم نمونه اضافه شود. تابع تبديل حلقه - بسته سيستم شكل زير پاسخ ‌ هاي پله ‌ اي واحد سيستم حلقه - بسته پاسخ ‌ هاي پله ‌ اي واحد سيستم حلقه - بسته

افزودن قطبي به تابع تبديل حلقه – باز به طور كلي بر افزايش فراجهش ماكسيمم پاسخ پله ‌ اي حلقه - بسته اثر دارد. با افزايش مقدار Tp ، قطب واقع به مبدأ صفحة s نزديك مي ‌ شود، و فراجهش ماكسيمم افزايش مي ‌ يابد. اين پاسخها همچنين نشان مي ‌ دهند كه قطب افزوده زمان خيز پاسخ پله ‌ اي را افزايش مي ‌ دهد 45

افزودن يك صفر به تابع تبديل حلقه- باز فرض مي‌كنيم صفري واقع در -1/Tz به يك تابع تبديل حلقه- باز افزوده مي‌شود. عبارت 1+Tz در صورت مي‌آيد، لذا فراجهش ماكسيمم را افزايش مي‌دهد، اما Tz در مخرج به صورت ضريب جملة S مي‌آيد و باعث بهبود ميرايي، يا كاهش فراجهش ماكسيمم مي‌شود. 47

PERFORMANCE INDICES AND OPTIMAL SYSTEMS

To select one or more parameters to give the best performance If a measure or index of performance can be expressed mathematically, the problem can be solved for the best choice of the adjustable parameters. 50

the selection criteria. The resulting system is termed optimal with respect to the selection criteria. 51 system Parameter Adjuster Performance index

Optimization: Maximization Minimization 52

Optimization: on-line optimization; The parameters may vary as the system operates Off-line optimization; Optimization occur before the system begins operation 53

Optimum system A control system is optimum when the elected performance index is minimized. The optimum value of the parameters depends directly upon the definition of optimum, that is, the performance index. 54

Simplified description of a control system 55

Performance Indices Elevator 56

Elevator input and output When the fourth floor button is pressed on the first floor, the elevator rises to the fourth floor with a speed and floor level accuracy designed for passenger comfort. 57

Push of the fourth-floor button is an input that represent a desired output, shown as a step function. 58

Transient response Passenger comfort and passenger patience are dependent upon the transient response. If this response is too fast, passenger comfort is sacrificed; if too slow, passenger patience is sacrificed. 59

Steady-state error Passenger safety and convenience would be sacrificed if the elevator is not properly level. 60

Performance Indices A performance index is a quantitative measure of the performance of a system and is chosen so that emphasis is given to the important system specifications. 61

Response of the system 62

ISE - Integral of Square of Error 63

The Integral Squared Error 64

Mason’s Rule: Example 1: Error transmittance: Error to step input:

Error signal: Error square: Integral square error :

Example 2:

IAE - Integral of the Absolute Magnitude of the Error 70

ITAE - Integral of Time Multiplied by Absolute Error 71

ITSE - Integral of Time Multiplied by Squared Error 72

General form of the performance integral 73

In general: 74

Performance criteria 75

76