ESERCIZIO 1 Si consideri il sistema con ingresso u(t) ed uscita y(t) descritto dalle seguenti equazioni

Documenti analoghi
B = Si studi, giustificando sinteticamente le proprie affermazioni, la stabilità del sistema. si A = G(s) = Y f (s) U(s) = 1.

Fondamenti di Automatica Prof. Luca Bascetta. Soluzioni della seconda prova scritta intermedia 25 giugno 2018

PROVA SCRITTA DI FONDAMENTI DI AUTOMATICA A.A. 2003/ luglio Soluzione

1. Si individuino tutti i valori del parametro α per i quali il sistema assegnato è asintoticamente stabile.

PROVA SCRITTA DI FONDAMENTI DI AUTOMATICA A.A. 2003/ giugno Soluzione

Fondamenti di Automatica - Ingegneria Gestionale (H-PO) Prof. Silvia Strada Prima prova in itinere del 25 Novembre 2016 Tempo a disposizione: 1.30 h.

PROVA SCRITTA DI FONDAMENTI DI AUTOMATICA A.A. 2003/ gennaio 2004

Fondamenti di Automatica per Ing. Elettrica

Fondamenti di Automatica Prof. Paolo Rocco. Soluzioni della seconda prova scritta intermedia 6 luglio 2017

INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI

Fondamenti di automatica

INGEGNERIA INFORMATICA

Appello di Febbraio. 17 Febbraio Fondamenti di Automatica Ingegneria Gestionale. Prof. Bruno Picasso

INGEGNERIA INFORMATICA

Fondamenti di Automatica

Fondamenti di Automatica

Controlli Automatici L-B - A.A. 2002/2003 Esercitazione 16/06/2003

Fondamenti di Automatica (CL Ing. Gestionale) a.a Prof. Silvia Strada Appello del 24 Settembre 2015

Fondamenti di Automatica (CL Ing. Gestionale) a.a Prof. Silvia Strada 3 Luglio 2014

Fondamenti di automatica

Politecnico di Milano. Prof. SILVIA STRADA Cognomi LF - PO SOLUZIONE

FONDAMENTI DI AUTOMATICA (Ingegneria Biomedica) Appello del 16 febbraio 2010: testo e soluzione. y = x 1

Fondamenti di Automatica

INGEGNERIA INFORMATICA

SOLUZIONE. Fondamenti di Automatica (CL Ing. Gestionale) a.a Prof. Silvia Strada Seconda prova intermedia 12 Febbraio 2015

PROVA SCRITTA DI FONDAMENTI DI AUTOMATICA A.A. 2011/ settembre 2012

Fondamenti di Automatica

Appello di Febbraio di Fondamenti di Automatica A.A Febbraio 2011 Prof. SILVIA STRADA Tempo a disposizione: 2 h. 30 m.

Fondamenti di Automatica

FONDAMENTI DI AUTOMATICA I - Ingegneria Elettronica Appello del 15 luglio 2015

PROVA SCRITTA DI FONDAMENTI DI AUTOMATICA A.A. 2010/ gennaio 2012

Controlli Automatici - Parte A

I prova in itinere di Fondamenti di Automatica A.A Novembre 2011 Prof. SILVIA STRADA Tempo a disposizione: 1 h. 45 m.

ẋ 1 = x x 1 + u ẋ 2 = 2x 2 + 2u y = x 2

Controlli Automatici L-A - Esercitazione

Appello di Settembre (II)

AUTOMATICA I (Ingegneria Biomedica - Allievi da L a Z) Appello del 10 settembre 2008: testo e soluzione. y = x 2. x 1 = 1 x 2 = 1

PROVA SCRITTA DI FONDAMENTI DI AUTOMATICA A.A. 2004/ settembre 2005 TESTO E SOLUZIONE

Controlli Automatici - Parte A

Fondamenti di automatica

Cognome Nome Matricola Corso

AUTOMATICA I (Ingegneria Biomedica - Allievi da L a Z) Appello dell 8 luglio 2008: testo e soluzione

Regolazione e Controllo dei Sistemi Meccanici

INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI

Fondamenti di Automatica (CL Ing. Gestionale) a.a Prof. Silvia Strada 16 Luglio 2014

Esame di FONDAMENTI DI AUTOMATICA (9 CFU) SOLUZIONE

INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI

Controlli Automatici - Parte A

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI 7 Febbraio 2013

PROVA SCRITTA DI FONDAMENTI DI AUTOMATICA A.A. 2005/ febbraio 2006 TESTO E SOLUZIONE

Controlli Automatici - Parte A

Modellazione e controllo di sistemi dinamici/ca2 25/06/2010

Prova scritta di Controlli Automatici - Compito A

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria dell Informazione 18 Luglio 2016

Fondamenti di Automatica Prof. Luca Bascetta. Primo prova intermedia 27 Aprile 2018

Modellazione e controllo Ca1 (a,b,c) Ca2 (d,e,f,g) Mec(a,c,d,e,g)

Controlli automatici e controllo dei processi Docente: Davide M. Raimondo Prova scritta: 01/03/2013 Durata: 3h. Cognome Nome Matricola

1. Si consideri il sistema dinamico in figura, dove u(t) è la variabile di controllo, d(t) un disturbo 5

Controlli Automatici

Controlli Automatici

Esame di FONDAMENTI DI AUTOMATICA (9 CFU) (A.A. fino al 2017/2018) SOLUZIONE

Prof. SILVIA STRADA Cognomi LF - PO

AUTOMATICA I (Ingegneria Biomedica - Allievi da L a Z) Appello del 4 luglio 2006: testo e soluzione

INGEGNERIA INFORMATICA FONDAMENTI DI AUTOMATICA 06/09/2016 SOLUZIONI. Prof. Marcello Farina

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria dell Energia Elettrica e Aerospaziale 1 Febbraio 2016

Nome: Nr. Mat. Firma:

Cognome Nome Matricola Corso di Laurea

u = quantità di proteina B, y = misura dell attività della proteina A

PROVA SCRITTA DI FONDAMENTI DI AUTOMATICA A.A. 2011/ gennaio 2013

AUTOMATICA I (Ingegneria Biomedica - Allievi da L a Z) Appello del 20 luglio 2006: testo e soluzione

Soluzione degli esercizi del Capitolo 13

Esercitazione 11: Sintesi del controllore Parte 2

Controlli Automatici

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI 21 Febbraio 2013

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria dell Informazione 1 Settembre 2014

Esame di Regolazione e Controllo

Controlli Automatici - Parte A

Controlli Automatici - Parte A

Nome: Nr. Mat. Firma:

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI Corso di Laurea in Ingegneria dell Informazione 6 Settembre 2013

Prova TIPO C per: ESERCIZIO 1.

Esempi di sintesi per tentativi con il luogo delle radici

Controlli Automatici - Parte A

Controlli Automatici - Parte A

COMPITO DI FONDAMENTI E APPLICAZIONI DI CONTROLLI AUTOMATICI 18 Settembre 2012

Esercitazione 11: Sintesi del controllore 8 giugno 2016 (3h)

Esercitazione 10: Sintesi del controllore Parte 1

INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI

SOLUZIONE della Prova TIPO A per:

PROVA SCRITTA DI FONDAMENTI DI AUTOMATICA A.A. 2005/ giugno 2006 TESTO E SOLUZIONE

Controlli Automatici L-B - Cesena Compito del 28 maggio Domande teoriche

(Prof. Rocco) Appello del 18 Gennaio 2000

5. Per ω = 1/τ il diagramma reale di Bode delle ampiezze della funzione G(jω) =

Fondamenti di Automatica

SOLUZIONE della Prova TIPO E per:

Fondamenti di Automatica per Ing. Elettrica

Esercitazione 07: Esercitazione di ripasso per la prima prova in itinere

COMPITO DI CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria dell Informazione 9 Luglio 2015

Transcript:

ESERCIZIO 1 Si consideri il sistema con ingresso u(t) ed uscita y(t) descritto dalle seguenti equazioni ẋ 1 (t) x 1 (t) + 3x 2 (t) + u(t) ẋ 2 (t) 2u(t) y(t) x 1 (t) + x 2 (t) 1. Si classifichi il sistema (lineare o no, tempo invariante o no, ecc.) e se ne studi la stabilità. Il sistema dinamico, a tempo continuo, è lineare, tempo invariante, SISO e strettamente proprio. La matrice dinamica del sistema è [ ] 1 3 A 0 0 ed ha i due autovalori, s 1 1 e s 2 0. Il sistema è quindi semplicemente stabile. 2. Si calcoli il movimento libero dell uscita del sistema con stato inziale generico x(0) [x 10 x 20 ] T. Poichè A ha due autovalori reali distinti può essere diagonalizzata attraverso la matrice di trasformazione T che ha come colonne i due autovattori di A. L autovettore associato all autovalore s 1 1 è [ ] α z 1 0 ed in particolare si ponga L autovettore associato all autovalore s 2 0 è ed in particolare si ponga z 1 z 2 z 2 La matrice T, che permette di portare A in forma diagonale, e la sua inversa risultano essere [ ] [ ] 1 3 T T 1 1 3 0 1 0 1 così che [ ] 1 0 [ α α 3 ] [ ] 3 1 [ ] [ ] [ ] [ e At 1 3 e t 0 1 3 e t 3 3e t ] 0 1 0 1 0 1 0 1 Il movimento libero dello stato a partire dallo stato iniziale generico x(0) [x 10 x 20 ] T è quindi [ e t 3 3e x l (t) t ] [ ] [ x10 e t x 10 + 3x 20 3e t ] x 20, t 0 0 1 x 20 x 20 Il movimento libero dell uscita a partire dallo stato iniziale generico x(0) [x 10 x 20 ] T è quindi y l (t) e t x 10 + 4x 20 3e t x 20, t 0 3. Si trovi il valore numerico di un particolare stato iniziale x(0), se esiste, tale che il movimento libero dell uscita si annulli asintoticamente. In base al movimento libero dell uscita calcolato al punto precedente è evidente che, ponendo x(0) [ x 10 0] T, x 10, tale movimento converge sempre asintoticamente a zero.

4. Si scrivano i comandi Matlab necessari per calcolare e tracciare il grafico del movimento libero dello stato e dell uscita del sistema dinamico assegnato a partire dallo stato inziale x(0) [3 0] T. 1 A[ 1 3 ; 0 0 ] ; B[1 1 ] ; C[1 1 ] ; D0; 2 ss s (A,B,C,D) ; 3 x0[3 0 ] ; 4 [ y, t, x ] i n i t i a l ( s, x0 ) ; 5 p l o t ( t, y ), g r i d

ESERCIZIO 2 Si consideri il seguente schema a blocchi: dove G(s) 0.5 (1 + s)(1 0.5s). 1. Progettare un regolatore R(s), utilizzando il luogo delle radici, in modo che il sistema in anello chiuso sia caratterizzato da due poli reali e concidenti in 1. Iniziamo ipotizzando di utilizzare un regolatore statico R(s) ρ, la funzione di trasferimento d anello risulta quindi 0.5 L(s) ρ (s + 1)(s 2) Come si può facilmente verificare tracciando il luogo delle radici, non esistono valori di ρ, positivi o negativi, che stabilizzano il sistema. Possiamo quindi optare per un regolatore dinamico costituito da uno zero, scelto per cancellare il polo in 1 di G(s), ed un polo, scelto in modo che l asintoto del luogo intersechi l asse reale in 1. Si ottiene quindi il seguente regolatore R(s) ρ s + 1 s + 4 e la funzione di trasferimento d anello 0.5 L(s) ρ (s + 4)(s 2) 2 Root Locus Imaginary Axis (seconds -1 ) 1 0-1 -2-4 -2 0 2-1 Real Axis (seconds ) Possiamo infine ricavare il valore di ρ punteggiando nel punto 1 ρ 3 3 9 La funzione di trasferimento del regolatore è quindi R(s) 9 s + 1 s + 4

2. Modificare il regolatore progettato al punto precedente in modo che il sistema in anello chiuso sia caratterizzato da due poli complessi e coniugati a pulsazione naturale 2 e smorzamento 1. 2 Due poli complessi e coniugati a pulsazione naturale 2 e smorzamento 1 2 sono caratterizzati da parte reale 1 e parte immaginaria ±j, si trovano quindi sull asintoto del luogo delle radici determinato al punto precedente. Per soddisfare la richiesta è quindi sufficiente utilizzare lo stesso regolatore progettato nel punto precedente, ricalcolando il valore di ρ punteggiando nel punto 1 + j ρ 1 + 3 2 1 + 3 2 10 La funzione di trasferimento del regolatore è quindi R(s) 10 s + 1 s + 4

ESERCIZIO 3 Si consideri lo schema di controllo in anello chiuso rappresentato in figura dove G(s) 10 1 + 10s e 0.5s. 1. Si progetti un regolatore PI R(s) in modo che la funzione di trasferimento d anello L(s) sia un integratore con ritardo e il sistema in anello chiuso soddisfi le seguenti specifiche: (a) sia asintoticamente stabile; (b) l errore a transitorio esaurito e generato da un riferimento y o (t) sca(t) con d(t) 0 sia nullo; (c) il margine di fase sia ϕ m 50 ; (d) la pulsazione critica sia approssimativamente massimizzata. Trattandosi di un regolatore PI e di un processo con un solo polo possiamo procedere tarando per cancellazione, ovvero scegliendo la costante di tempo dello zero del PI pari a 10 secondi. In questo modo la funzione di trasferimento d anello risulta L(s) 10 µ s e 0.5s e la pulsazione critica sarà pari a ω c 10µ. Al fine di massimizzare la pulsazione critica possiamo scegliere il guadagno µ imponendo che il margine di fase non sia inferiore al minimo richiesto dalla specifica, ovvero ϕ m 180 90 10µ 0.5 180 π 90 2µ 180 π 50 da cui si ricava µ 20 180 π 0.349 Scegliamo, quindi, come guadagno µ 0.34 a cui corrisponde una pulsazione critica ω c 3.4 rad/s. La funzione di trasferimento del regolatore sarà quindi R(s) 3.4 1 + 10s s 2. Si determini il modulo dell errore a transitorio esaurito generato da un disturbo d(t) 5ram(t). L errore a transitorio esaurito dovuto al disturbo d(t) è dato da e d lim s 0 s 1 5 1 + L(s) s 2 lim s 0 s 5 s + 3.4e 0.5s s lim s 0 5 50 s + 3.4e 0.5s 34 1.47

ESERCIZIO 4 Si consideri un sistema dinamico a tempo discreto descritto da quattro matrici (A, B, C, D). Calcolandone la funzione di trasferimento si ottiene la seguente espressione: G(z) C(sI A) 1 B + D 1. Si determinino tipo e guadagno di G(z). Valutando numeratore e denominatore di G(z) in 1 si ottiene z 2 (z + 0.2)(z + 2) N(1) 1 D(1) 1.2 3 3.6 Non essendoci zeri o poli in z 1 la funzione di trasferimento ha tipo 0. Il guadagno di G(z) è invece pari a µ N(1) D(1) 5 18. 2. Si discuta la stabilità del sistema. A causa della presenza di un polo a modulo maggiore di 1 il sistema è instabile. 3. Si determini l equazione alle differenze ricavabile da G(z). La funzione di trasferimento si può riscrivere come G(z) z 2 (z + 0.2)(z + 2) z 2 z 2 + 2.2z + 0.4 Da qui si ricava immediatamente l equazione alle differenze z 1 2z 2 1 + 2.2z 1 + 0.4z 2 y(k) 2.2y(k 1) 0.4y(k 2) + u(k 1) 2u(k 2) 4. Si determini, facendo uso degli appositi teoremi, il valore iniziale e, se possibile, il valore finale della risposta di G(z) allo scalino unitario. Dal teorema del valore iniziale si ottiene z(z 2) y(0) lim Y (z) lim z z (z + 0.2)(z + 2)(z 1) 0 Il teorema del valor finale non è invece applicabile poichè il sistema non è asintoticamente stabile.