Teoria dei Sistemi. Appunti. Paolo Di Giamberardino. 2- Sistema astratto: rappresentazione con lo spazio di stato

Documenti analoghi
Fondamenti di Automatica

TEORIA DEI SISTEMI SISTEMI LINEARI

Ingegneria Elettrica Politecnico di Torino. Luca Carlone. ControlliAutomaticiI LEZIONE I

01. Modelli di Sistemi

Introduzione ai sistemi ad eventi discreti

Analisi dei Sistemi Esercitazione 1

Ripasso segnali e processi casuali. Trasmissione dell Informazione

FONDAMENTI DI CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria Meccanica. SISTEMI E MODELLI

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria Gestionale MODELLI DI SISTEMI

Politecnico di Milano Ingegneria Industriale Analisi e Geometria 1 Seconda prova in itinere 31 gennaio 2011

Sistemi dinamici lineari

Controlli Automatici I

3. Sistemi Lineari a Tempo Discreto

1 Equazioni Differenziali

Esempio: Modelli compartimentali per la farmacocinetica

Grandezze fisiche e loro misura

Istituto d Istruzione Secondaria Superiore M.BARTOLO. A cura del Prof S. Giannitto

CONTROLLI AUTOMATICI LS Ingegneria Informatica SISTEMI E MODELLI

Lo studio dell evoluzione libera nei sistemi dinamici

ANALISI ARMONICA FUNZIONE DI RISPOSTA ARMONICA

1 a PROVA PARZIALE DI FONDAMENTI DI AUTOMATICA A.A. 2004/ novembre Soluzione

Leggi di capitalizzazione e di attualizzazione

Prodotto scalare e norma

05 - Funzioni di una Variabile

2. APPUNTI SUI FASCI DI CIRCONFERENZE (raccolti dal prof. G. Traversi)

Fondamenti di Automatica. Unità 3 Equilibrio e stabilità di sistemi dinamici

Corso di Calcolo Numerico

Sistemi lineari a due Equazioni

08. Analisi armonica. Controlli Automatici

Corso di Controllo Digitale Equazioni alle Differenze e Z-trasformate a

ANALISI ARMONICA. G(s) Analisi armonica. Funzione di risposta armonica

VETTORI GEOMETRICI / RICHIAMI

Introduzione ai sistemi dinamici

U.D. ELEMENTI DI TEORIA DEI SISTEMI Appunti dalle lezioni

Grandezze fisiche e loro misura

CONCETTO DI STABILITÀ NEI SISTEMI DI CONTROLLO. Sistema in condizioni di equilibrio a t = 0. d(t) = 0. u(t) = 0. y(t) = 0. Sistema

4 I modelli ingresso/uscita dei sistemi lineari

Scrivere il numero della risposta sopra alla corrispondente domanda. (voti: 2,0,-1, min=14 sulle prime 10) , C = [3 2 2], D =

Calcolo degli integrali indefiniti

Analisi Matematica 1 e Matematica 1 Geometria Analitica: Rette

Funzioni reali di variabile reale

Laurea in Informatica e Tecnologie per la Produzione del Software Corso di Analisi Matematica Successioni e loro limiti

SPAZI VETTORIALI CON PRODOTTO SCALARE A =

Elementi di Algebra e di Matematica Discreta Strutture algebriche: anelli

LABORATORIO DI CIRCUITI ELETTRICI Nozioni generali e guida agli esperimenti. Rappresentazione grafica dei risultati sperimentali

12 - Sistemi di Equazioni Lineari

Elementi di Teoria dei Sistemi. Definizione di sistema dinamico. Cosa significa Dinamico? Sistema dinamico a tempo continuo

Fondamenti di Automatica

Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo ANALISI ARMONICA

Equazioni differenziali II. Elisabetta Colombo

29 Aprile Università degli Studi di Firenze Scuola di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali. Corrispondenza tra geometria sintetica e

1 Applicazioni lineari

DIFFERENZIAZIONE. Sia f una funzione reale di variabile reale con dominio un intervallo. Se f è derivabile in un punto x 0, allora: f(x) f(x 0 ) lim

Sistemi di equazioni differenziali

ANALISI ARMONICA. G(s) Analisi armonica. Funzione di risposta armonica. CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria Meccatronica

Soluzione. Il dominio E consiste nella parte di spazio contenuta nella sfera ma esterna al cono rappresentata in Figura 1. Infatti

Grandezze fisiche e loro misura

LEZIONE 12. v = α 1 v α n v n =

Consideriamo un sistema dinamico tempo-invariante descritto da:

Analisi Matematica II (Prof. Paolo Marcellini)

EQUAZIONE DELLA RETTA

Scheda n.3: densità gaussiana e Beta

ESERCITAZIONE SUI PUNTI STAZIONARI DI FUNZIONI LIBERE E SULLE FUNZIONI OMOGENEE

Modellistica dei Sistemi Elettrici

LOGICA MATEMATICA PER INFORMATICA

Condizione di allineamento di tre punti

Esercizi di Fondamenti di Sistemi Dinamici

1.4 Geometria analitica

FONDAMENTI DI AUTOMATICA

Rappresentazione dei segnali con sequenze di numeri e simboli

Equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti

Quadro riassuntivo di geometria analitica

Analisi Matematica II (Prof. Paolo Marcellini)

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria Gestionale ANALISI ARMONICA

Richiami di Matematica per il corso di Economia Politica

Liceo Classico Statale Vittorio Emanuele II Matematica in analisi

1 Primitive e integrali indefiniti

Tipi di Processi Stocastici

Piano cartesiano e Retta

Cinematica. Velocità. Riferimento Euleriano e Lagrangiano. Accelerazione. Elementi caratteristici del moto. Tipi di movimento

Classificazione sistema statico: l uscita y(t) non dipende dall ingresso u(τ), τ < t. sistema dinamico: l uscita y(t) dipende dall ingresso u(τ), τ <

Corso di Calcolo Numerico

Università degli Studi del Piemonte Orientale Facoltà di Scienze M.F.N. Precorso di Matematica APPUNTI (preparati da Pier Luigi Ferrari)

componente fisico e il componente ideale che lo rappresenta nel modello che si sta costruendo. Per

Metodi di Iterazione Funzionale

L insieme prodotto cartesiano

Elettronica II Segnali periodici; serie di Fourier; trasformata di Fourier p. 2

S.Barbarino - Appunti di Fisica - Scienze e Tecnologie Agrarie. Cap. 2. Cinematica del punto

Teoria degli Insiemi

Geometria analitica di base. Equazioni di primo grado nel piano cartesiano Funzioni quadratiche Funzioni a tratti Funzioni di proporzionalità inversa

0.1 Arco di curva regolare

I Segnali nella comunicazione

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria Meccatronica

Analisi della disponibilità d acqua. Valutazione dell impianto attraverso il calcolo di un indice economico (criterio)

Note sulle Catene di Markov

L ATOMO SECONDO LA MECCANICA ONDULATORIA IL DUALISMO ONDA-PARTICELLA. (Plank Einstein)

01 - Elementi di Teoria degli Insiemi

Appunti della lezione sulla Equazione Differenziale delle Onde

A m n B n p = P m p. 0 1 a b c d. a b. 0 a 0 c Il risultato e lo stesso solo nel caso in cui c = 0 e a = d.

Elementi di matematica - dott. I. GRASSI

Transcript:

Ver. 16.10.2003 Teoria dei Sistemi Appunti Paolo Di Giamberardino 2- Sistema astratto: rappresentazione con lo spazio di stato A partire dai modelli matematici ricavati, nella precedente sezione, in diversi contesti applicativi, è possibile individuare le seguenti grandezze caratterizzanti. Innanzi tutto vi sono delle grandezze esterne, cheinfluenzano il comportamento del sistema; tali grandezze prendono il nome di ingressi e vengono indicate con u(t). Accanto alle grandezze di ingresso possiamo individuare le grandezze di uscita, costituite da tutte quelle grandezze di interesse che caratterizzano il sistema e che sono misurabili; esse vengono indicate con y(t). Un ultima classe di grandezze che è possibile individuare nelle equazioni scritte è quella delle grandezze delle quali si èdefinita la variazione nel tempo e che in un certo senso caratterizzano, istante per istante, le condizioni in cui si trova il sistema. Anzi, si può osservare che la conoscenza di queste grandezze in un certo istante di tempo è sufficiente a descrivere a tal punto il sistema che è possibile dimenticare qualunque altra informazione su ciò cheè accaduto fino a quel momento. Chiamiamo tali grandezze stato e lo indichiamo con x(t). A partire da tali osservazioni, sembra ragionevole ritenere corretto che: a. tutto quello che ha caratterizzato l evoluzione del sistema fino al tempo t è interamente contenuto nello stato x(t); b. l osservazione e/o l intervento su un sistema inizia in un certo istante t 0 e, per l ipotesi a., in tale istante èsufficiente conoscere il valore dello stato x(t 0 )=x 0 ; c. lo stato all istante t non può dipendere da quello che accadrà negli istanti di tempo successivi a t e deve essere univocamente determinabile; d. l uscita all istante t ècompletamentedefinita noti lo stato e l ingresso nello stesso istante t. 10

Queste affermazioni portano alla caratterizzazione dello stato mediante la seguente funzione che ne evidenzia le dipendenze x(t) =ϕ t, t 0,x 0,u [t0,t), ϕ : (T T ) X U X mentre per l uscita si ha y(t) =η(t, x(t),u(t)) η : T X U Y per le quali sono definitiiseguentispazi: - T spaziodeitempi;set R il sistema si dice a tempo continuo, set Z il sistema si dice a tempo discreto; -(T T ) tale che se (t 1,t 2 ) (T T ) allora t 1 t 2 ; - X spazio degli stati; - U spazio delle funzioni di ingresso; - U spazio dei valori dell ingresso; - Y spazio dei valori dell uscita. Proprietà delle rappresentazioni con lo stato: 1. causalità: (t, t 0 ) (T T ), x 0 X, u 1 [t0,t) = u 2 [t0,t) = ϕ t, t 0,x 0,u 1 [t0,t) = ϕ t, t0,x 0,u 2 [t0,t) ; 2. consistenza: t 0 X, u U, ϕ (t 0,t 0,x 0, 0) = x 0 ; 3. separazione: (t, t 0 ) (T T ), x 0 X, u U, t 1 [t 0,t], ϕ t, t 1, ϕ t 1,t 0,x 0,u [t0,t 1 ),u [t1,t) = ϕ t, t0,x 0,u [t0,t). 11

Ipotesidistazionarietà Una rappresentazione con lo spazio di stato viene detta stazionaria se, T, (t, t 0 ) (T T ), x 0 X, u U, conu chiuso rispetto alla traslazione 1 ϕ t, t 0,x 0,u [t0,t) = ϕ t +,t0 +,x 0,u [t0,t) (1) e T, t T, x X, u U η(t, x, u) =η(t +,x,u) (2) In paticolare, se in (1) si pone = t 0, si ottiene ϕ t, t 0,x 0,u [t0,t) = ϕ t t0, 0,x 0,u t0 [t0,t) evidenziando così che la dipendenza dal tempo è rappresentata solo dalla differenza tra t 0 e t, ossia dalla durata dell osservazione, mentre se si pone in (2) = t, siottiene η(t, x, u) =η(0, x, u) mettendo in luce il fatto che l uscita non dipende esplicitamente dal tempo. 1 u U u U, doveconu [t0,t) si indica la traslazione di ampiezza T del segmento di funzione u [t0,t). 12

Ipotesi di linearità Una rappresentazione con lo spazio di stato viene detta lineare se 1) gli spazi U, X ed Y sono lineari; 2) U è uno spazio lineare; 3) (t, t 0 ) (T T ) la funzione ϕ è lineare sul prodotto cartesiano X U; 4) t T la funzione η è lineare sul prodotto cartesiano X U. Se il sistema soddisfa la proprietà dilinearità, allora comunque si scelgano due stati x 1 e x 2, due segmenti di funzione u 1 e u 2 e due costanti α 1 e α 2,sihache In particolare, scegliendo ϕ t, t 0, α 1 x 1 + α 2 x 2, α 1 u 1 [t0,t) + α 2 u 2 [t0,t) = = α 1 ϕ t, t 0,x 1,u 1 [t0,t) + α2 ϕ t, t 0,x 2,u 2 [t0,t) α 1 =1, α 2 =1, x 1 = x 0, x 2 =0, u 1 =0, u 2 = u si ottiene ϕ t, t 0,x 0,u [t0,t) = ϕ (t, t0,x 0, 0) + ϕ t, t 0, 0,u [t0,t) = ϕl (t, t 0,x 0 )+ϕ F t, t0,u [t0,t) con ϕ L (t, t 0,x 0 ) lineare rispetto a x 0 e ϕ F t, t0,u [t0,t) lineare rispetto a u [t0,t). Per la funzione di uscita, si ha η(t, α 1 x 1 (t)+α 2 x 2 (t), α 1 u 1 (t)+α 2 u 2 (t)) = = α 1 η(t, x 1 (t),u 1 (t)) + α 2 η(t, x 2 (t),u 2 (t)) eponendo α 1 =1, α 2 =1, x 1 = x, x 2 =0, u 1 =0, u 2 = u si ottiene η(t, x(t)u(t)) = η(t, x(t), 0) + η(t, 0,u(t)) = η L (t, x(t)) + η F (t, u(t)) 13

Se le proprietàdistazionarietà e linearità valgono contemporaneamente, si hanno le seguenti strutture per le funzioni ϕ ed η: ϕ t, t 0,x 0,u [t0,t) = ϕ (t t0, 0,x 0, 0) + ϕ t t 0, 0, 0,u t0 [t0,t) = = ϕ L (t t 0,x 0 )+ϕ F t t0,u t0 [t0,t) η(t, x(t),u(t)) = η L (x(t)) + η F (u(t)) Riferimenti [1] A.Ruberti,A.Isidori,TeoriadeiSistemi,Boringhieri 14

3- Rappresentazione con lo spazio di stato: forma implicita e forma esplicita 15