SlideShare uma empresa Scribd logo
1 de 16
Baixar para ler offline
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ

Project ζην κάζεκα
“Προζαρμοζηικός Έλεγτος”
κε ζέκα
“’Ελεγτος ζσζηήμαηος ζθαίρας-ράβδοσ με
τρήζη Προζαρμοζηικού Ελέγτοσ”

Σπκκετέρνλτεο:
 Μπάξηδεο Χξήζηνο, 7321
 Παπαδόπνπινο Γεώξγηνο – Μάξηνο, 7356
Έτνο: 2013
Εμάκελν: 9o

Πεξηερόκελα

1|Σελίδα
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ

Σθνπόο
H παξνύζα εξγαζία πξαγκαηεύεηαη ηνλ πξνζαξκνδόκελν έιεγρν
ηνπ ζπζηήκαηνο ξάβδνο-ζθαίξα ζηα πιαίζηα ηνπ καζήκαηνο
“Προζαρμοζηικός Έλεγτος” θαηά ην 9ν εμάκελν.

2|Σελίδα
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ

Πεξηγξαυή Σπστήκατνο
Τν ζύζηεκα ζθαίξαο-ξάβδνπ είλαη κηα πνιύ γλσζηή πεηξακαηηθή
δηάηαμε, ε νπνία ζπλαληάηαη ζε πνιιά εξγαζηήξηα απηνκάηνπ ειέγνπ.
Η ξάβδνο πεξηζηξέθεηαη ζε έλα θάζεην επίπεδν κέζσ κηαο ξνπήο ε
νπνία δύλαηαη ζην θέληξν πεξηζηξνθήο από έλαλ (ζπλήζσο) DC
ζεξβνθηλεηήξα. Η ζθαίξα θπιάεη ειεύζεξα πάλσ ζηε ξάβδν θαη ζε
επαθή κε απηήλ.
Oη εμηζώζεηο θίλεζεο ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη:
x1  x2
x2  B (x)
x3  x4
x4  U

2
, where u  M1(x)  (Mx1  J Jb ) U (1)

2
  M / (Jb / R 2  M ) , B (x)  x1x4  G sin( x3 ) and 1 (x)  2 x1 x2 x4  Gx1 cos( x3 )

Όπνπ x1 : ζέζε ζθαίξαο
x2 : ηαρύηεηα ζθαίξαο
x3 : γσλία ξάβδνπ
x4 : γσληαθή ηαρύηεηα ξάβδνπ
u : ξνπή εηζόδνπ
J : ξνπή αδξάλεηαο ξάβδνπ
Jb : ξνπή αδξάλεηαο ζθαίξαο
Μ : κάδα ηεο ζθαίξαο
R : αθηίλα ηεο ζθαίξαο
G : επηηάρπλζε ηεο βαξύηεηαο

3|Σελίδα
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ

To ζύζηεκα είλαη έλα ππνελεξγνπνηεκέλν ζύζηεκα κηαο θαη ν
αξηζκόο ησλ ελεξγνπνηεηώλ είλαη κηθξόηεξνο από ησλ αξηζκώλ ησλ
βαζκώλ ειεπζεξίαο (DOF’s). Ο λόκνο ειέγρνπ ησλ ζπζηεκάησλ απηώλ
κπνξεί λα ζρεδηαζζεί ρξεζηκνπνηώληαο ηερληθέο κε γξακκηθνύ ειέγρνπ.
Γηα ην κε-γξακκηθό ζύζηεκα ζθαίξαο-ξάβδνπ ε θπζηθε επηινγή
εθηέιεζεο ηνπ λόκνπ ειέγρνπ κπνξεί λα είλαη ε κέζνδνο ηεο
γξακκηθνπνηεκέλεο αλάδξαζεο (feedback linearization). Γπζηπρώο,
όκσο, ν ζρεηηθόο βαζκόο ηνπ ζπζηήκαηνο (relative degree) δελ είλαη
ζσζηά θαζνξηζκέλνο εμαηηίαο ηνπ θπγόθεληξνπ όξνπ x1 x42 πνπ βξίζθεηαη
ζηελ έθθξαζε  B . Γηα ην ιόγν απηόη ε ζπκβαηηθή πξνζέγγηζε
γξακκηθνπνίεζεο εηζόδνπ-εμόδνπ (input-output) δελ είλαη εθαξκόζηκε
ζην ζύζηεκα απηό. Η θιαζζηθή Ιαθσβηαλή (Jacobian) κέζνδνο
γξακκηθνπνίεζεο κπνξεί λα ππνινγίζεη θαιά ην κε-γξακκηθό κνληέιν
κόλν όηαλ νη θαηαζηάζεηο είλαη πνιύ θνληά ζην ζεκείν
γξακκηθνπνίεζεο.
Μνλτέιν γηα Πξνσαξκνδόκελν Νόκν Ειέγρνπ
Πξνθεηκέλνπ λα ιύζνπκε ηνλ πξνζαξκνδόκελν έιεγρν ηνπ
ζπζηήκαηνο ζθαίξαο-ξάβδνπ αο μαλαγξάςνπκε ηηο εμηζώζεηο θίλεζεο
ζηελ αθόινπζε κνξθή
x1  x2
x2  B (x)
x3  x4

x4  K11 (x)  K 2 u  d (2)

Όπνπ

K1  

M
1
, K2 
2
( Mx  J  Jb)
( Mx1  J  Jb)
2
1

θαη d δειώλεη ηηο εμσηεξηθέο

δηαηαξαρέο θαη ηα πξόζζεηα ζθάικαηα ηνπ κνληέινπ ηα νπνία
ζεσξνύληαη θξαγκέλα δειαδή d Dm .
Να ζεκεησζεί, επίζεο, όηη ε ηηκή Κ2 είλαη θξαγκέλε όπνπ
 2  1/ K 2 m όπνπ Κ2m ηζνύηαη J + Jb. Η νξηνζέηεζε ηνπ Κ2 είλαη εγγπεκέλε

4|Σελίδα
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ

από ην πεπεξαζκέλν κήθνο ηεο ξάβδνπ. Οη παξάκεηξνη Κ1 θαη Κ2 είλαη
ρξνληθά κεηαβαιιόκελνη θαη εμαξηώληαη από ην x1. Όκσο, όηαλ ε κάδα
ηεο ζθαίξαο δελ είλαη κεγάιε θαη θηλείηαη θνληά ζην θέληξν ηεο ξάβδνπ
νη παξάκεηξνη απηνί κπνξνύλ λα ζεσξεζνύλ αξγώο κεηαβαιιόκελνη θαη
online αιγόξηζκνη εθηίκεζεο κπνξνύλ λα εθαξκνζζνύλ ζην λα
θαζνξηζζνύλ νη ηηκέο ηνπο. Σε άιιε πεξίπησζε κπνξνύλε λα
πξνζεγγηζηνύλ κε απιά Γνκηθά Νεπξσληθά Γίθηπα (SNN) κηαο εηζόδνπ
(input-x1) θαη κηαο εμόδνπ (output-K2) όπσο ην RBF Νεπξσληθό Γίθηπν
(Neural Network). Σηελ πεξίπησζε απηή, ην Κ2 κπνξεί λα γξαθεί σο

 2 ( x1 )      (x1 ) όπνπ   αληηπξνζσπεύεη ην άγλσζην δηάλπζκα βάξνπο
2

θαη ην



2

2

είλαη ην δηάλπζκα ησλ γλσζηώλ ζπλαξηήζεσλ βάζεο.
2

Δπηπιεόλ, ην Κ1 κπνξεί λα πξνζεγγηζηεί κε ηνλ ίδην ηξόπν θαη ε

ηειεπηαία εμίζσζε (2) κπνξεί λα γξαθεί σο x4      (x1 )      (x1 )u  d .

1

Οη άγλσζηεο παξάκεηξνη βάξνπο
κπνξνύλ λα ζπληνληζηνύλ online.

  1 ,   2 ηνπ

1

2

2

λεπξσληθνύ δηθηύνπ

Μνλτέιν βασησκέλν στνλ έιεγρν παξαθνινύζεσεο( Tracking
control)
Πξνθεηκέλνπ λα αλαπηύμνπκε έλαλ λόκν ειέγρνπ γηα ην ζύζηεκα
ζθαίξα-ξάβδνο, αο νξίζνπκε ηηο παξαθάησ κεηξηθέο ζρέζεηο ζθάικαηνο
(metric errors):
S  aS1  S2  a((x 2  x2 d )   (x1  x1d ))  ( x4   x3 )

(3)

Όπνπ α,ι>1 θαη x1d αλαπαξηζηά κηα θξαγκέλε, δηπιά δηαθνξίζηκε
ηξνρηά ηεο κπάιαο, x2 d  x1d . O πξώηνο όξνο (S1) ησλ κεηξηθώλ ζρέζεσλ
ιάζνπο αλαπαξηζηά ην ζθάικα παξαθνινύζεζεο ηεο ζθαίξαο. Ο
δεύηεξνο όξνο( S2) νξίδεηαη γηα λα απνθύγνπκε κεγάιε πιάηεο ηεο
θίλεζε ηεο ζθαίξαο, ηα νπνία ζα εηζάγνπλ ζε θιεηζηό βξόγρν ην
ζύζηεκα κε πεξηνξηζκέλν θύθιν ή αθόκα θαη ζε αζηάζεηα. Η
πξνεγεζείζα πεξηγξαθόκελε ηξνρηά ηεο ζθαίξαο( x1d) ζα έπξεπε επίζεο
λα πεξηγξαθεί κε ηέηνην ηξόπν ώζηε ε ηξνρηά λα έρεη ρακειέο κέγηζηεο
ηηκέο γηα ηελ επηζπκεηή ηαρύηεηα ( x1d ) θαη επηηάρπλζε ( x1d ).

5|Σελίδα
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ

Από ζεσξεηηθή ζθνπηά νη κεηξηθέο ζρέζεηο ζθάικαηνο (3)
κπνξνύλ λα ελεξγήζνπλ σο αθνινύζσο: νξίδνπκε Δ ζαλ   a(x1  x1d )  x3 .
Έηζη ην S κπνξεί λα γξαθεί σο S  E   E . Αλ έλαο (νιηζζαίλσλ ηύπνο)
έιεγρνο κπνξεί λα βξεζεί, ην νπνίν ζεκαίλεη όηη S  kS S κε ks >0, ηόηε
S  0 θαζώο t   .Απηό παξάγεη   a(x1  x1d )  x3  0 θαζώο t   .
Από πξαθηηθή ζθνπηά δε πξνζκέλνπκε ην ζθάικα θαζώο t   ην
S  0 , επεηδή ε θίλεζε ηεο ζθαίξαο ζεσξεί όηη ν δεύηεξνο όξνο (S2) ηνπ
S πξαθηηθά δελ ζα είλαη πνηέ 0. Έηζη, νξίδνπκε ην επηηεύμηκν ζθάικα
λα νξηνζεηεί Φ>0 θαη λα αλαδηαηππώλεη ηηο κεηξηθέο ζρέζεηο ζθάικαηνο
σο S  S  sat (S / ) . Αλ ν λόκνο ειέγρνπ εγγπάηαη όηη ε ζύγθιηζε ηνπ SΓ
ζην κεδέλ, ηόηε ην S ζα ζπγθιίλεη κέζα ζε έλα νξηνζεηεκέλν πεδίν κε
όξην Φ. Βαζηδόκελνη ζηελ δπλακηθή ηνπ ζπζηήκαηνο (2), ε δπλακηθή
ηνπ SΓ γηα S   δίλεηαη από:
S  S  a((x 2  x1d )   (x1  x1d ))  ( x4   x3 ) 
  (( (x)  x1d )   ( x2  x2 d ))  K11 ( x)  K 2u   x4  d (4)

Γηα λα βξνύκε έλα κνληέιν βαζηζκέλν ζηνλ λόκν ειέγρνπ γηα ην
ζύζηεκα ζθαίξα-ξάβδνο, νξίδνπκε ηελ αθόινπζε ζπλάξηεζε
Lyapunov:
1
2

2
V  S

(5)

Αλ νη δηαηαξαρέο d είλαη ακειεηέεο ζηελ (4), ε ρξνληθή παξάγσγνο ηεο
ζπλάξηεζεο Lyapunov δίλεηαη από:
V  S S  S ( (( (x)  x1d )   ( x2  x2d ))  ( K11 ( x)  K2u   x4 )) (6)

Οξίδνπκε ηνλ λόκν ειέγρνπ σο:
u

κε kS>0.

6|Σελίδα

1
( ((  (x)  x1d )   ( x2  x2 d ))  ( K11 ( x)   x4  k s S  ) (7)
K2
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ
2
Ο λόκνο ειέγρνπ u εγγπάηαη όηη V  kS S 0 , αλ SΓ  0, έηζη
εγγπάηαη ηελ νξηνζέηεζε ησλ κεηξηθώλ ζρέζεσλ ηνπ S. Δπηπξόζζεηα,
παξαηεξνύκε όηη ν λόκνο ειέγρνπ (7) παξάγεη ην ζθάικα
παξαθνινύζεζεο ηεο δπλακηθήο S  kS S .

Σύκθσλα κε ηνλ παξαπάλσ λόκν ειέγρνπ, ηαπηόρξνλα, ιύλεηαη ην
πξόβιεκα ζηαζεξνπνίεζεο θαη παξαθνινύζεζεο γηαην ππνδηεγεξκέλν
ζύζηεκα ζθαίξαο-ξάβδνπ.
Πξνέθτασε τνπ λόκνπ ειέγρνπ
Αλ ζεσξήζνπκε όηη νη παξάκεηξνη ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη
άγλσζηνη, είλαη απαξαίηεηε ε πξνζαξκνδόκελε εθηίκεζε ησλ
παξακέηξσλ ηνπ ζπζηήκαηνο. Γεληθεύνληαο ην πξόβιεκα, ζεσξνύκε όηη

K11 (x) θαη K2 γηα ηελ εμίζσζε (2) δηαηππώλνληαη σο: K11 (x)      (x) θαη
1



K 2    2   (x)
2

κε άγλσζηεο παξακέηξνπο ηα δηαλύζκαηα



1

θαη



1

2

.

Αθνύ ε δπλακηθή ηνπ ζπζηήκαηνο ζθαίξα-ξάβδνο (1) δελ κπνξεί
λα γξαθεί ζε θαλνληθή κνξθή, νη κέζνδνη πξνζαξκνδόκελνπ ειέγρνπ
πνπ αλαπηύρζεθαλ γηα ζπζηήκαηα ζε θαλνληθή κνξθή δελ κπνξνύλ λα
εθαξκνζηνύλ απεπζείαο γηα ην ζύζηεκα ζθαίξα-ξάβδνο. Ο
πξνζαξκνδόκελνο έιεγρνο πνπ παξνπζηάζηεθε παξαπάλσ βαζίζηεθε
ζηηο κεηξηθέο εμηζώζεηο ζθάικαηνο (3).
Με ηηο άγλσζηεο παξακέηξνπο, ν λόκνο ειέγρνπ κπνξεί λα
δηαηππσζεί ρξεζηκνπνηώληαο ηηο εθηηκόκελεο παξακέηξνπο, νη νπνίεο
παξήρζεζαλ Online. Πξνθεηκέλνπ λα επηηύρνπκε ην ζηόρν ειέγρνπ
S  0 θαζώο t   κε άγλσζηεο παξακέηξνπο, αο δηαηππώζνπκε ηνλ
λόκν ειέγρνπ:


u



    ( x)
2


2

2



u

2

κε

  ( x)  
2



u  a(( B (x)  x1d )   ( x2  x2d ))   1   ( x)   x4  kS S  Dm sat (S / )
1

7|Σελίδα
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ

Όπνπ δ>0 είλαη κηα κηθξή ζεηηθή ζηαζεξά θαη ξ ε αθόινπζε
ζπλάξηεζε:

0, if g  g m


 (g)   g m  g / g1 , if g m  g1

1, otherwise







g

gm

Γηα ηηο άγλσζηεο παξακέηξνπο ε αθόινπζε εθηίκεζε κπνξεί λα
ρξεζηκνπνηεζεί:
    S    (x)

     S   (x)
1



κε



0 ,  1 ,  2

0,

2

1

1


 S u

   2   (x)  S u  
2
  2   (x)  K 2 m

2








απζηεξά ζεηηθά πεπεξαζκέλνη δηαγώληνη πίλαθεο.

Η ζύγθιηζε ηνπ SΓ θαη ε νξηνζέηεζε ησλ ζεκάησλ ζην ζύζηεκα
ειέγρνπ κπνξεί λα απνδεηρζεί κε ηνλ ίδην ηξόπν όπσο ην πξνεγνύκελν
θνκκάηη. Η ζπλάξηεζε Lyapunov νξίδεηαη σο:
V (t ) 

1 2
1 2 1  
1  
S (t)  V   1  11  1    2  12   2
2
2
2
2

Πξνσνκνίωσε Σπστήκατνο
Οξίδνπκε ηηο παξακέηξνπο ηνπ ζπζηήκαηνο (απζαίξεηα), ζεσξώληαο όηη
ε ζθαίξα θπιίεηαη ρσξίο λα νιηζζαίλεη θαη όηη ε ηξηβή είλαη ακειεηέα.
Οη ζηαζεξέο θαη νη κεηαβιεηέο ηνπ ζπζηήκαηνο νξίδνληαη σο:
(m)
(R)
(d)
(g)
(L)
(J)
(r)

mass of the ball
radius of the ball
lever arm offset
gravitational acceleration
length of the beam
ball's moment of inertia
ball position coordinate

8|Σελίδα

0.11 kg
0.015 m
0.03 m
9.8 m/s^2
1.0 m
9.99e-6 kg.m^2
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ
(alpha)
(theta)

beam angle coordinate
servo gear angle

Η δεύηεξε παξάγσγνο ηεο γσλίαο εηζόδνπ a επεξεάδεηαη από ηε
δεύηεξε παξάγσγν ηεο αθηίλαο r. Όκσο, αγλνώληαο ην γεγνλόο απηό ε
ιαγθξαλδηαλή εμίζσζε θίλεζεο γηα ηε ζθαίξα νξίδεηαη σο εμήο:
J

 m  r 2  mg sin(a)  mra 2
2
r


0

Η γξακκηθνπνίεζε ηεο εμίζσζεο απηήο γηα ηε γσλία ηεο ξάβδνπ
a=0 καο δίλεη ηελ αθόινπζε γξακκηθή πξνζέγγηζε ηνπ ζπζηήκαηνο:
J
 2
 2  m  r   mga
r


Η εμίζσζε πνπ ζπλδέεη ηελ γσλία ηεο ξάβδνπ κε ηε γσλία ηνπ
θηλεηήξα κπνξεί λα πξνζεγγηζηεί σο γξακκηθή από ηελ παξαθάησ
εμίζσζε:
a

d

L

Άξα ε πξνεγνύκελε εμίζσζε γίλεηαη:
d
J
 2
 2  m  r   mg 
L
r


Ο κεηαζρεκαηηζκόο Laplace ηεο ηειεπηαίαο εμίζσζεο είλαη:
d
J

2
 2  m  R (s) s   mg ( s )
L
r


Άξα ε ζπλάξηεζε κεηαθνξάο είλαη:
R( s)
mgd

s2
( s )
J

L 2  m
r


Παραηήρηζη: Δπεηδή ν παξαλνκαοηήο έρεη έλαλ δηπιό νινθιεξσηή ηόηε
έρσ νξηαθή επζηάζεηα επνκέλσο ζα έρσ πξόβιεκα ζηνλ έιεγρν.

9|Σελίδα
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ

Η ζπλάξηεζε κεηαθνξάο ζην MatLab πινπνηείηαη σο εμήο:
m = 0.111;
R = 0.015;
g = -9.8;
L = 1.0;
d = 0.03;
J = 9.99e-6;

s = tf('s');
P_ball = -m*g*d/L/(J/R^2+m)/s^2

Aλ ηξέμνπκε ηνλ θώδηθα, ε ζπλάξηεζε κεηαθνξάο πνπ πξνθύπηεη είλαη
ε παξαθάησ:
P_ball =

0.21
---s^2

Continuous-time transfer function.

Tν γξακκηθνπνηεκέλν ζύζηεκα εμηζώζεσλ κπνξεί λα πεξηγξαθεί
θαη κέζσ ησλ θαηαζηαηηθώλ εμηζώζεσλ. Θεσξνύκε σο κεηαβιεηέο
θαηάζηαζεηο ηελ ζέζε θαη ηελ ηαρύηεηα ηεο κπάιαο θαη σο είζνδν ηελ
γσλία ηνπ θηλεηήξα.
0




 r  0 1   r 
mgd



 r  0 0  r 

  J
  
  L
  R2  m  

 

Σην δηθό καο παξάδεηγκα ζα ρξεζηκνπνηήζνπκε ειαθξώο δηαθνξεηηθό
κνληέιν θαη αληί λα ειέγμνπκε ηε ζέζε κέζσ ηεο γσλίαο ηνπ θηλεηήξα

10 | Σ ε λ ί δ α
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ

ζα ειέγμνπκε ηε ξνπή ηεο ξάβδνπ. Οπόηε νη θαηαζηαηηθέο εμηζώζεηο
γίλνληαη:
0
r  
 r  0
 
a  
  0
a  
0


1
0 

0
0

0
mg
 J

 2  m
R

0
0

0
  r  0
0    
  r  0
  a   0 u

0   a  1 
   
0


r 
r 
y  1 0 0 0  
a 
 
a 

Παραηήρηζη: Γηα ην ζύζηεκα απηό δελ ρξεζηκνπνηείηαη βξαρίνλαο αιιά
έλαο θηλεηήξαο ζην θέληξν ηεο ξάβδνπ πνπ ζα εθαξκόζεη ηελ ξνπή πνπ
απαηηείηαη γηα ηνλ έιεγρν ηεο ζέζεο ηεο κπάιαο.
Οη θαηαζηαηηθέο εμηζώζεηο ζην MatLab πινπνηνύληαη σο εμήο:
H = -m*g/(J/(R^2)+m);
A = [0 1 0 0
0 0 H 0
0 0 0 1
0 0 0 0];
B = [0 0 0 1]';
C = [1 0 0 0];
D = [0];
ball_ss = ss(A,B,C,D)

Aλ ηξέμνπκε ηνλ θώδηθα, πξνθύπηεη όηη:
ball_ss =

a =
x1

x2

11 | Σ ε λ ί δ α

x3

x4
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ
x1

0

1

0

0

x2

0

0

7

0

x3

0

0

0

1

x4

0

0

0

0

x1

x2

x3

x4

1

0

0

0

b =
u1
x1

0

x2

0

x3

0

x4

1

c =

y1

d =
u1
y1

0

Continuous-time state-space model.

Δίδακε πξνεγνπκέλσο, όηη ην ζύζηεκα ζθαίξαο-ξάβδνπ είλαη έλα
ζύζηεκα ηύπνπ ΙΙ, ην νπνίν έρεη δύν πόινπο. Η αθόινπζε γξαθηθή
παξάζηαζε, ε νπνία εμήρζε ζην MatLab ζπκθσλεί κε όηη ππνζέζακε
πξνεγνπκέλσο.
pzmap(P_ball)

12 | Σ ε λ ί δ α
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ

Δπίζεο, ζέινπκε λα δνύκε ηελ απόθξηζε ηεο κπάιαο ζε κηα βεκαηηθή
είζνδν.
step(P_ball)

13 | Σ ε λ ί δ α
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ

Ο ιόγνο γηα ηνλ νπνίν πξαγκαηνπνηείηαη ν γεσκεηξηθόο ηόπνο είλαη γηα
λα εθηηκήζνπκε ηελ απόθξηζε ηνπ θιεηζηνύ βξόγρνπ από ηελ γξαθηθή
παξάζηαζε ησλ ξηδώλ ηνπ αλνηρηνύ-βξόγρνπ. Με ηελ πξόζζεζε
κεδεληθώλ ή πόισλ ζην ζύζηεκα (αληηζηαζκηζηήο) ν γεσκεηξηθόο ηόπνο
θαη θαη’επέθηαζε ε απόθξηζε θιεηζηνύ βξόγρνπ ζα ηξνπνπνηεζνύλ.
rlocus(P_ball)

14 | Σ ε λ ί δ α
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ

Παξαηεξνύκε όηη έρεη δύν πόινπο νη νπνίνη πεγαίλνπλ ζην άπεηξν θαηά
κήθνο ηνπ θαληαζηηθνύ άμνλα. Ο ιόγνο απόζβεζεο θαη ε ηδηνζπρλόηεηα
βξέζεθαλ ρξεζηκνπνηώληαο ηελ αθόινπζε εμίζσζε ε νπνία ζπζρεηίδεη
ην πνζνζηό ππεξύςσζεο θαη ην Ts:
%OS  100e 
4
s 

1 2

n

Ο ζθνπόο ηεο ρξήζεο ηνπ Bode δηαγξάκκαηνο είλαη ε εθηίκεζε ηεο
απόθξηζεο ηνπ θιεηζηνύ βξόγρνπ. Πξνζζέησληαο έλαλ ειεγθηή ζην
ζύζηεκα αιιάδνπκε ην Bode δηάγξακκα αλνηρηνύ βξόγρνπ, νπόηε
αιιάδεη θαη ε απόθξηζε θιεηζηνύ βξόγρνπ.
bode(P_ball)

15 | Σ ε λ ί δ α
Πανεπιςτήμιο Πατρών
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών
Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου
Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ

16 | Σ ε λ ί δ α

Mais conteúdo relacionado

Destaque

Identification and Tuning of Process with Inverse Response
Identification and Tuning of Process with Inverse ResponseIdentification and Tuning of Process with Inverse Response
Identification and Tuning of Process with Inverse Responseomkarharshe
 
Feedback control for system tuning
Feedback control for system tuningFeedback control for system tuning
Feedback control for system tuningCody Rioux
 
DESIGN, IMPLEMENTATION, AND REAL-TIME SIMULATION OF A CONTROLLER-BASED DECOUP...
DESIGN, IMPLEMENTATION, AND REAL-TIME SIMULATION OF A CONTROLLER-BASED DECOUP...DESIGN, IMPLEMENTATION, AND REAL-TIME SIMULATION OF A CONTROLLER-BASED DECOUP...
DESIGN, IMPLEMENTATION, AND REAL-TIME SIMULATION OF A CONTROLLER-BASED DECOUP...IAEME Publication
 
Feedback control
Feedback controlFeedback control
Feedback controldpwebb
 
Multivariable Control System Design for Quadruple Tank Process using Quantita...
Multivariable Control System Design for Quadruple Tank Process using Quantita...Multivariable Control System Design for Quadruple Tank Process using Quantita...
Multivariable Control System Design for Quadruple Tank Process using Quantita...IDES Editor
 
Development of Multivariable Control Systems Rev 200
Development of Multivariable Control Systems Rev 200Development of Multivariable Control Systems Rev 200
Development of Multivariable Control Systems Rev 200Maung Maung Latt
 
Adaptive Control Systems Paper Presentation
Adaptive Control Systems Paper PresentationAdaptive Control Systems Paper Presentation
Adaptive Control Systems Paper Presentationguestac67362
 
chemical reactor runaway case study
chemical reactor runaway case studychemical reactor runaway case study
chemical reactor runaway case studyalfredo ruggiero
 
selective inventory control
 selective inventory control selective inventory control
selective inventory controlHimani Chowhan
 
Adaptive control System
Adaptive control SystemAdaptive control System
Adaptive control SystemSUMIT ATTRI
 
Adaptive cruise control
Adaptive cruise controlAdaptive cruise control
Adaptive cruise controlJinu Joy
 
Heat Exchangers
Heat ExchangersHeat Exchangers
Heat Exchangersmohkab1
 

Destaque (20)

Identification and Tuning of Process with Inverse Response
Identification and Tuning of Process with Inverse ResponseIdentification and Tuning of Process with Inverse Response
Identification and Tuning of Process with Inverse Response
 
Feedback control for system tuning
Feedback control for system tuningFeedback control for system tuning
Feedback control for system tuning
 
DESIGN, IMPLEMENTATION, AND REAL-TIME SIMULATION OF A CONTROLLER-BASED DECOUP...
DESIGN, IMPLEMENTATION, AND REAL-TIME SIMULATION OF A CONTROLLER-BASED DECOUP...DESIGN, IMPLEMENTATION, AND REAL-TIME SIMULATION OF A CONTROLLER-BASED DECOUP...
DESIGN, IMPLEMENTATION, AND REAL-TIME SIMULATION OF A CONTROLLER-BASED DECOUP...
 
Feedback control
Feedback controlFeedback control
Feedback control
 
Multivariable Control System Design for Quadruple Tank Process using Quantita...
Multivariable Control System Design for Quadruple Tank Process using Quantita...Multivariable Control System Design for Quadruple Tank Process using Quantita...
Multivariable Control System Design for Quadruple Tank Process using Quantita...
 
Development of Multivariable Control Systems Rev 200
Development of Multivariable Control Systems Rev 200Development of Multivariable Control Systems Rev 200
Development of Multivariable Control Systems Rev 200
 
Pc ppt
Pc pptPc ppt
Pc ppt
 
Adaptive Control Systems Paper Presentation
Adaptive Control Systems Paper PresentationAdaptive Control Systems Paper Presentation
Adaptive Control Systems Paper Presentation
 
chemical reactor runaway case study
chemical reactor runaway case studychemical reactor runaway case study
chemical reactor runaway case study
 
Process Dynamics and Control
Process Dynamics and Control Process Dynamics and Control
Process Dynamics and Control
 
Hawk eye technology
Hawk   eye   technologyHawk   eye   technology
Hawk eye technology
 
selective inventory control
 selective inventory control selective inventory control
selective inventory control
 
Control chap8
Control chap8Control chap8
Control chap8
 
Adaptive control System
Adaptive control SystemAdaptive control System
Adaptive control System
 
Control chap5
Control chap5Control chap5
Control chap5
 
Adaptive cruise control
Adaptive cruise controlAdaptive cruise control
Adaptive cruise control
 
Control chap1
Control chap1Control chap1
Control chap1
 
Chemical Reactors
Chemical ReactorsChemical Reactors
Chemical Reactors
 
Heat Exchangers
Heat ExchangersHeat Exchangers
Heat Exchangers
 
Conjoint Analysis
Conjoint AnalysisConjoint Analysis
Conjoint Analysis
 

Semelhante a Adaptive Control of Ball-Beam System

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΗ ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΑ ΛΥΜΕΝΗ.pdf
ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΗ ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΑ ΛΥΜΕΝΗ.pdfΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΗ ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΑ ΛΥΜΕΝΗ.pdf
ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΗ ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΑ ΛΥΜΕΝΗ.pdfΜαυρουδης Μακης
 
Melpomeni Seraki Diploma Thesis Presentation
Melpomeni Seraki Diploma Thesis PresentationMelpomeni Seraki Diploma Thesis Presentation
Melpomeni Seraki Diploma Thesis PresentationISSEL
 
απαντήσεις πανελληνίων μαθηματικά γενικής 2014
απαντήσεις πανελληνίων μαθηματικά γενικής 2014απαντήσεις πανελληνίων μαθηματικά γενικής 2014
απαντήσεις πανελληνίων μαθηματικά γενικής 2014Lia Papapetrou-2nd Geniko Lykeio Echedorou
 
Ad hoc networks
Ad hoc networksAd hoc networks
Ad hoc networksElber18
 
Τεχνικές Αναγνώρισης Προτύπων και Μηχανικής Μάθησης για Εφαρμογές Ανάλυσης Πο...
Τεχνικές Αναγνώρισης Προτύπων και Μηχανικής Μάθησης για Εφαρμογές Ανάλυσης Πο...Τεχνικές Αναγνώρισης Προτύπων και Μηχανικής Μάθησης για Εφαρμογές Ανάλυσης Πο...
Τεχνικές Αναγνώρισης Προτύπων και Μηχανικής Μάθησης για Εφαρμογές Ανάλυσης Πο...Yiannis Kompatsiaris
 

Semelhante a Adaptive Control of Ball-Beam System (9)

Texnikes oloklirwsis-kwnstantopoulos
Texnikes oloklirwsis-kwnstantopoulosTexnikes oloklirwsis-kwnstantopoulos
Texnikes oloklirwsis-kwnstantopoulos
 
ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΗ ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΑ ΛΥΜΕΝΗ.pdf
ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΗ ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΑ ΛΥΜΕΝΗ.pdfΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΗ ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΑ ΛΥΜΕΝΗ.pdf
ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΗ ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΑ ΛΥΜΕΝΗ.pdf
 
Susy 1
Susy 1Susy 1
Susy 1
 
Melpomeni Seraki Diploma Thesis Presentation
Melpomeni Seraki Diploma Thesis PresentationMelpomeni Seraki Diploma Thesis Presentation
Melpomeni Seraki Diploma Thesis Presentation
 
απαντήσεις πανελληνίων μαθηματικά γενικής 2014
απαντήσεις πανελληνίων μαθηματικά γενικής 2014απαντήσεις πανελληνίων μαθηματικά γενικής 2014
απαντήσεις πανελληνίων μαθηματικά γενικής 2014
 
Ad hoc networks
Ad hoc networksAd hoc networks
Ad hoc networks
 
002 mhxanikes talantvseis_askhseis_arxikh_fash
002 mhxanikes talantvseis_askhseis_arxikh_fash002 mhxanikes talantvseis_askhseis_arxikh_fash
002 mhxanikes talantvseis_askhseis_arxikh_fash
 
Robotics Nikolaidis Dimitrios.pdf
Robotics Nikolaidis Dimitrios.pdfRobotics Nikolaidis Dimitrios.pdf
Robotics Nikolaidis Dimitrios.pdf
 
Τεχνικές Αναγνώρισης Προτύπων και Μηχανικής Μάθησης για Εφαρμογές Ανάλυσης Πο...
Τεχνικές Αναγνώρισης Προτύπων και Μηχανικής Μάθησης για Εφαρμογές Ανάλυσης Πο...Τεχνικές Αναγνώρισης Προτύπων και Μηχανικής Μάθησης για Εφαρμογές Ανάλυσης Πο...
Τεχνικές Αναγνώρισης Προτύπων και Μηχανικής Μάθησης για Εφαρμογές Ανάλυσης Πο...
 

Mais de Georgios-Marios Papadopoulos

Protected Mode security mechanisms support in DosBox
Protected Mode security mechanisms support in DosBoxProtected Mode security mechanisms support in DosBox
Protected Mode security mechanisms support in DosBoxGeorgios-Marios Papadopoulos
 
Programming robot in simulation environment using Pyrobotics module
Programming robot in simulation environment using Pyrobotics moduleProgramming robot in simulation environment using Pyrobotics module
Programming robot in simulation environment using Pyrobotics moduleGeorgios-Marios Papadopoulos
 
Construction and Design of a robotic laparoscopic platform
Construction and Design of a robotic laparoscopic platformConstruction and Design of a robotic laparoscopic platform
Construction and Design of a robotic laparoscopic platformGeorgios-Marios Papadopoulos
 
Automatic detection of instruments in laparoscopic images - Presentation
Automatic detection of instruments in laparoscopic images - PresentationAutomatic detection of instruments in laparoscopic images - Presentation
Automatic detection of instruments in laparoscopic images - PresentationGeorgios-Marios Papadopoulos
 
Automatic detection of instruments in laparoscopic images
Automatic detection of instruments in laparoscopic imagesAutomatic detection of instruments in laparoscopic images
Automatic detection of instruments in laparoscopic imagesGeorgios-Marios Papadopoulos
 
Dynamics equation of motion and Trajectory planning of a 2 DOF RR robotic arm
Dynamics equation of motion and Trajectory planning of a 2 DOF RR robotic armDynamics equation of motion and Trajectory planning of a 2 DOF RR robotic arm
Dynamics equation of motion and Trajectory planning of a 2 DOF RR robotic armGeorgios-Marios Papadopoulos
 
Φοιτητική Επιχειρηματικότητα: H πορεία από ένα μακρινό όνειρο σε μια δημιουργ...
Φοιτητική Επιχειρηματικότητα: H πορεία από ένα μακρινό όνειρο σε μια δημιουργ...Φοιτητική Επιχειρηματικότητα: H πορεία από ένα μακρινό όνειρο σε μια δημιουργ...
Φοιτητική Επιχειρηματικότητα: H πορεία από ένα μακρινό όνειρο σε μια δημιουργ...Georgios-Marios Papadopoulos
 

Mais de Georgios-Marios Papadopoulos (12)

Protected Mode security mechanisms support in DosBox
Protected Mode security mechanisms support in DosBoxProtected Mode security mechanisms support in DosBox
Protected Mode security mechanisms support in DosBox
 
Image Compression using SVD
Image Compression using SVDImage Compression using SVD
Image Compression using SVD
 
Programming robot in simulation environment using Pyrobotics module
Programming robot in simulation environment using Pyrobotics moduleProgramming robot in simulation environment using Pyrobotics module
Programming robot in simulation environment using Pyrobotics module
 
Construction and Design of a robotic laparoscopic platform
Construction and Design of a robotic laparoscopic platformConstruction and Design of a robotic laparoscopic platform
Construction and Design of a robotic laparoscopic platform
 
Architecture of LAN's
Architecture of LAN's Architecture of LAN's
Architecture of LAN's
 
Automatic detection of instruments in laparoscopic images - Presentation
Automatic detection of instruments in laparoscopic images - PresentationAutomatic detection of instruments in laparoscopic images - Presentation
Automatic detection of instruments in laparoscopic images - Presentation
 
Automatic detection of instruments in laparoscopic images
Automatic detection of instruments in laparoscopic imagesAutomatic detection of instruments in laparoscopic images
Automatic detection of instruments in laparoscopic images
 
Dynamics equation of motion and Trajectory planning of a 2 DOF RR robotic arm
Dynamics equation of motion and Trajectory planning of a 2 DOF RR robotic armDynamics equation of motion and Trajectory planning of a 2 DOF RR robotic arm
Dynamics equation of motion and Trajectory planning of a 2 DOF RR robotic arm
 
Studoland: The Student's Dream
Studoland: The Student's DreamStudoland: The Student's Dream
Studoland: The Student's Dream
 
Φοιτητική Επιχειρηματικότητα: H πορεία από ένα μακρινό όνειρο σε μια δημιουργ...
Φοιτητική Επιχειρηματικότητα: H πορεία από ένα μακρινό όνειρο σε μια δημιουργ...Φοιτητική Επιχειρηματικότητα: H πορεία από ένα μακρινό όνειρο σε μια δημιουργ...
Φοιτητική Επιχειρηματικότητα: H πορεία από ένα μακρινό όνειρο σε μια δημιουργ...
 
Marketing Olympia as a Tourist Destination
Marketing Olympia as a Tourist DestinationMarketing Olympia as a Tourist Destination
Marketing Olympia as a Tourist Destination
 
A flashback to the future
A flashback to the futureA flashback to the future
A flashback to the future
 

Adaptive Control of Ball-Beam System

  • 1. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ Project ζην κάζεκα “Προζαρμοζηικός Έλεγτος” κε ζέκα “’Ελεγτος ζσζηήμαηος ζθαίρας-ράβδοσ με τρήζη Προζαρμοζηικού Ελέγτοσ” Σπκκετέρνλτεο:  Μπάξηδεο Χξήζηνο, 7321  Παπαδόπνπινο Γεώξγηνο – Μάξηνο, 7356 Έτνο: 2013 Εμάκελν: 9o Πεξηερόκελα 1|Σελίδα
  • 2. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ Σθνπόο H παξνύζα εξγαζία πξαγκαηεύεηαη ηνλ πξνζαξκνδόκελν έιεγρν ηνπ ζπζηήκαηνο ξάβδνο-ζθαίξα ζηα πιαίζηα ηνπ καζήκαηνο “Προζαρμοζηικός Έλεγτος” θαηά ην 9ν εμάκελν. 2|Σελίδα
  • 3. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ Πεξηγξαυή Σπστήκατνο Τν ζύζηεκα ζθαίξαο-ξάβδνπ είλαη κηα πνιύ γλσζηή πεηξακαηηθή δηάηαμε, ε νπνία ζπλαληάηαη ζε πνιιά εξγαζηήξηα απηνκάηνπ ειέγνπ. Η ξάβδνο πεξηζηξέθεηαη ζε έλα θάζεην επίπεδν κέζσ κηαο ξνπήο ε νπνία δύλαηαη ζην θέληξν πεξηζηξνθήο από έλαλ (ζπλήζσο) DC ζεξβνθηλεηήξα. Η ζθαίξα θπιάεη ειεύζεξα πάλσ ζηε ξάβδν θαη ζε επαθή κε απηήλ. Oη εμηζώζεηο θίλεζεο ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη: x1  x2 x2  B (x) x3  x4 x4  U 2 , where u  M1(x)  (Mx1  J Jb ) U (1) 2   M / (Jb / R 2  M ) , B (x)  x1x4  G sin( x3 ) and 1 (x)  2 x1 x2 x4  Gx1 cos( x3 ) Όπνπ x1 : ζέζε ζθαίξαο x2 : ηαρύηεηα ζθαίξαο x3 : γσλία ξάβδνπ x4 : γσληαθή ηαρύηεηα ξάβδνπ u : ξνπή εηζόδνπ J : ξνπή αδξάλεηαο ξάβδνπ Jb : ξνπή αδξάλεηαο ζθαίξαο Μ : κάδα ηεο ζθαίξαο R : αθηίλα ηεο ζθαίξαο G : επηηάρπλζε ηεο βαξύηεηαο 3|Σελίδα
  • 4. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ To ζύζηεκα είλαη έλα ππνελεξγνπνηεκέλν ζύζηεκα κηαο θαη ν αξηζκόο ησλ ελεξγνπνηεηώλ είλαη κηθξόηεξνο από ησλ αξηζκώλ ησλ βαζκώλ ειεπζεξίαο (DOF’s). Ο λόκνο ειέγρνπ ησλ ζπζηεκάησλ απηώλ κπνξεί λα ζρεδηαζζεί ρξεζηκνπνηώληαο ηερληθέο κε γξακκηθνύ ειέγρνπ. Γηα ην κε-γξακκηθό ζύζηεκα ζθαίξαο-ξάβδνπ ε θπζηθε επηινγή εθηέιεζεο ηνπ λόκνπ ειέγρνπ κπνξεί λα είλαη ε κέζνδνο ηεο γξακκηθνπνηεκέλεο αλάδξαζεο (feedback linearization). Γπζηπρώο, όκσο, ν ζρεηηθόο βαζκόο ηνπ ζπζηήκαηνο (relative degree) δελ είλαη ζσζηά θαζνξηζκέλνο εμαηηίαο ηνπ θπγόθεληξνπ όξνπ x1 x42 πνπ βξίζθεηαη ζηελ έθθξαζε  B . Γηα ην ιόγν απηόη ε ζπκβαηηθή πξνζέγγηζε γξακκηθνπνίεζεο εηζόδνπ-εμόδνπ (input-output) δελ είλαη εθαξκόζηκε ζην ζύζηεκα απηό. Η θιαζζηθή Ιαθσβηαλή (Jacobian) κέζνδνο γξακκηθνπνίεζεο κπνξεί λα ππνινγίζεη θαιά ην κε-γξακκηθό κνληέιν κόλν όηαλ νη θαηαζηάζεηο είλαη πνιύ θνληά ζην ζεκείν γξακκηθνπνίεζεο. Μνλτέιν γηα Πξνσαξκνδόκελν Νόκν Ειέγρνπ Πξνθεηκέλνπ λα ιύζνπκε ηνλ πξνζαξκνδόκελν έιεγρν ηνπ ζπζηήκαηνο ζθαίξαο-ξάβδνπ αο μαλαγξάςνπκε ηηο εμηζώζεηο θίλεζεο ζηελ αθόινπζε κνξθή x1  x2 x2  B (x) x3  x4 x4  K11 (x)  K 2 u  d (2) Όπνπ K1   M 1 , K2  2 ( Mx  J  Jb) ( Mx1  J  Jb) 2 1 θαη d δειώλεη ηηο εμσηεξηθέο δηαηαξαρέο θαη ηα πξόζζεηα ζθάικαηα ηνπ κνληέινπ ηα νπνία ζεσξνύληαη θξαγκέλα δειαδή d Dm . Να ζεκεησζεί, επίζεο, όηη ε ηηκή Κ2 είλαη θξαγκέλε όπνπ  2  1/ K 2 m όπνπ Κ2m ηζνύηαη J + Jb. Η νξηνζέηεζε ηνπ Κ2 είλαη εγγπεκέλε 4|Σελίδα
  • 5. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ από ην πεπεξαζκέλν κήθνο ηεο ξάβδνπ. Οη παξάκεηξνη Κ1 θαη Κ2 είλαη ρξνληθά κεηαβαιιόκελνη θαη εμαξηώληαη από ην x1. Όκσο, όηαλ ε κάδα ηεο ζθαίξαο δελ είλαη κεγάιε θαη θηλείηαη θνληά ζην θέληξν ηεο ξάβδνπ νη παξάκεηξνη απηνί κπνξνύλ λα ζεσξεζνύλ αξγώο κεηαβαιιόκελνη θαη online αιγόξηζκνη εθηίκεζεο κπνξνύλ λα εθαξκνζζνύλ ζην λα θαζνξηζζνύλ νη ηηκέο ηνπο. Σε άιιε πεξίπησζε κπνξνύλε λα πξνζεγγηζηνύλ κε απιά Γνκηθά Νεπξσληθά Γίθηπα (SNN) κηαο εηζόδνπ (input-x1) θαη κηαο εμόδνπ (output-K2) όπσο ην RBF Νεπξσληθό Γίθηπν (Neural Network). Σηελ πεξίπησζε απηή, ην Κ2 κπνξεί λα γξαθεί σο   2 ( x1 )      (x1 ) όπνπ   αληηπξνζσπεύεη ην άγλσζην δηάλπζκα βάξνπο 2 θαη ην  2 2 είλαη ην δηάλπζκα ησλ γλσζηώλ ζπλαξηήζεσλ βάζεο. 2 Δπηπιεόλ, ην Κ1 κπνξεί λα πξνζεγγηζηεί κε ηνλ ίδην ηξόπν θαη ε  ηειεπηαία εμίζσζε (2) κπνξεί λα γξαθεί σο x4      (x1 )      (x1 )u  d .  1 Οη άγλσζηεο παξάκεηξνη βάξνπο κπνξνύλ λα ζπληνληζηνύλ online.   1 ,   2 ηνπ 1 2 2 λεπξσληθνύ δηθηύνπ Μνλτέιν βασησκέλν στνλ έιεγρν παξαθνινύζεσεο( Tracking control) Πξνθεηκέλνπ λα αλαπηύμνπκε έλαλ λόκν ειέγρνπ γηα ην ζύζηεκα ζθαίξα-ξάβδνο, αο νξίζνπκε ηηο παξαθάησ κεηξηθέο ζρέζεηο ζθάικαηνο (metric errors): S  aS1  S2  a((x 2  x2 d )   (x1  x1d ))  ( x4   x3 ) (3) Όπνπ α,ι>1 θαη x1d αλαπαξηζηά κηα θξαγκέλε, δηπιά δηαθνξίζηκε ηξνρηά ηεο κπάιαο, x2 d  x1d . O πξώηνο όξνο (S1) ησλ κεηξηθώλ ζρέζεσλ ιάζνπο αλαπαξηζηά ην ζθάικα παξαθνινύζεζεο ηεο ζθαίξαο. Ο δεύηεξνο όξνο( S2) νξίδεηαη γηα λα απνθύγνπκε κεγάιε πιάηεο ηεο θίλεζε ηεο ζθαίξαο, ηα νπνία ζα εηζάγνπλ ζε θιεηζηό βξόγρν ην ζύζηεκα κε πεξηνξηζκέλν θύθιν ή αθόκα θαη ζε αζηάζεηα. Η πξνεγεζείζα πεξηγξαθόκελε ηξνρηά ηεο ζθαίξαο( x1d) ζα έπξεπε επίζεο λα πεξηγξαθεί κε ηέηνην ηξόπν ώζηε ε ηξνρηά λα έρεη ρακειέο κέγηζηεο ηηκέο γηα ηελ επηζπκεηή ηαρύηεηα ( x1d ) θαη επηηάρπλζε ( x1d ). 5|Σελίδα
  • 6. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ Από ζεσξεηηθή ζθνπηά νη κεηξηθέο ζρέζεηο ζθάικαηνο (3) κπνξνύλ λα ελεξγήζνπλ σο αθνινύζσο: νξίδνπκε Δ ζαλ   a(x1  x1d )  x3 . Έηζη ην S κπνξεί λα γξαθεί σο S  E   E . Αλ έλαο (νιηζζαίλσλ ηύπνο) έιεγρνο κπνξεί λα βξεζεί, ην νπνίν ζεκαίλεη όηη S  kS S κε ks >0, ηόηε S  0 θαζώο t   .Απηό παξάγεη   a(x1  x1d )  x3  0 θαζώο t   . Από πξαθηηθή ζθνπηά δε πξνζκέλνπκε ην ζθάικα θαζώο t   ην S  0 , επεηδή ε θίλεζε ηεο ζθαίξαο ζεσξεί όηη ν δεύηεξνο όξνο (S2) ηνπ S πξαθηηθά δελ ζα είλαη πνηέ 0. Έηζη, νξίδνπκε ην επηηεύμηκν ζθάικα λα νξηνζεηεί Φ>0 θαη λα αλαδηαηππώλεη ηηο κεηξηθέο ζρέζεηο ζθάικαηνο σο S  S  sat (S / ) . Αλ ν λόκνο ειέγρνπ εγγπάηαη όηη ε ζύγθιηζε ηνπ SΓ ζην κεδέλ, ηόηε ην S ζα ζπγθιίλεη κέζα ζε έλα νξηνζεηεκέλν πεδίν κε όξην Φ. Βαζηδόκελνη ζηελ δπλακηθή ηνπ ζπζηήκαηνο (2), ε δπλακηθή ηνπ SΓ γηα S   δίλεηαη από: S  S  a((x 2  x1d )   (x1  x1d ))  ( x4   x3 )    (( (x)  x1d )   ( x2  x2 d ))  K11 ( x)  K 2u   x4  d (4) Γηα λα βξνύκε έλα κνληέιν βαζηζκέλν ζηνλ λόκν ειέγρνπ γηα ην ζύζηεκα ζθαίξα-ξάβδνο, νξίδνπκε ηελ αθόινπζε ζπλάξηεζε Lyapunov: 1 2 2 V  S (5) Αλ νη δηαηαξαρέο d είλαη ακειεηέεο ζηελ (4), ε ρξνληθή παξάγσγνο ηεο ζπλάξηεζεο Lyapunov δίλεηαη από: V  S S  S ( (( (x)  x1d )   ( x2  x2d ))  ( K11 ( x)  K2u   x4 )) (6) Οξίδνπκε ηνλ λόκν ειέγρνπ σο: u κε kS>0. 6|Σελίδα 1 ( ((  (x)  x1d )   ( x2  x2 d ))  ( K11 ( x)   x4  k s S  ) (7) K2
  • 7. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ 2 Ο λόκνο ειέγρνπ u εγγπάηαη όηη V  kS S 0 , αλ SΓ  0, έηζη εγγπάηαη ηελ νξηνζέηεζε ησλ κεηξηθώλ ζρέζεσλ ηνπ S. Δπηπξόζζεηα, παξαηεξνύκε όηη ν λόκνο ειέγρνπ (7) παξάγεη ην ζθάικα παξαθνινύζεζεο ηεο δπλακηθήο S  kS S . Σύκθσλα κε ηνλ παξαπάλσ λόκν ειέγρνπ, ηαπηόρξνλα, ιύλεηαη ην πξόβιεκα ζηαζεξνπνίεζεο θαη παξαθνινύζεζεο γηαην ππνδηεγεξκέλν ζύζηεκα ζθαίξαο-ξάβδνπ. Πξνέθτασε τνπ λόκνπ ειέγρνπ Αλ ζεσξήζνπκε όηη νη παξάκεηξνη ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη άγλσζηνη, είλαη απαξαίηεηε ε πξνζαξκνδόκελε εθηίκεζε ησλ παξακέηξσλ ηνπ ζπζηήκαηνο. Γεληθεύνληαο ην πξόβιεκα, ζεσξνύκε όηη  K11 (x) θαη K2 γηα ηελ εμίζσζε (2) δηαηππώλνληαη σο: K11 (x)      (x) θαη 1  K 2    2   (x) 2 κε άγλσζηεο παξακέηξνπο ηα δηαλύζκαηα  1 θαη  1 2 . Αθνύ ε δπλακηθή ηνπ ζπζηήκαηνο ζθαίξα-ξάβδνο (1) δελ κπνξεί λα γξαθεί ζε θαλνληθή κνξθή, νη κέζνδνη πξνζαξκνδόκελνπ ειέγρνπ πνπ αλαπηύρζεθαλ γηα ζπζηήκαηα ζε θαλνληθή κνξθή δελ κπνξνύλ λα εθαξκνζηνύλ απεπζείαο γηα ην ζύζηεκα ζθαίξα-ξάβδνο. Ο πξνζαξκνδόκελνο έιεγρνο πνπ παξνπζηάζηεθε παξαπάλσ βαζίζηεθε ζηηο κεηξηθέο εμηζώζεηο ζθάικαηνο (3). Με ηηο άγλσζηεο παξακέηξνπο, ν λόκνο ειέγρνπ κπνξεί λα δηαηππσζεί ρξεζηκνπνηώληαο ηηο εθηηκόκελεο παξακέηξνπο, νη νπνίεο παξήρζεζαλ Online. Πξνθεηκέλνπ λα επηηύρνπκε ην ζηόρν ειέγρνπ S  0 θαζώο t   κε άγλσζηεο παξακέηξνπο, αο δηαηππώζνπκε ηνλ λόκν ειέγρνπ:  u      ( x) 2  2 2  u 2 κε   ( x)   2  u  a(( B (x)  x1d )   ( x2  x2d ))   1   ( x)   x4  kS S  Dm sat (S / ) 1 7|Σελίδα
  • 8. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ Όπνπ δ>0 είλαη κηα κηθξή ζεηηθή ζηαζεξά θαη ξ ε αθόινπζε ζπλάξηεζε:  0, if g  g m    (g)   g m  g / g1 , if g m  g1  1, otherwise     g gm Γηα ηηο άγλσζηεο παξακέηξνπο ε αθόινπζε εθηίκεζε κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί:     S    (x)      S   (x) 1  κε  0 ,  1 ,  2 0, 2 1 1   S u     2   (x)  S u   2   2   (x)  K 2 m  2       απζηεξά ζεηηθά πεπεξαζκέλνη δηαγώληνη πίλαθεο. Η ζύγθιηζε ηνπ SΓ θαη ε νξηνζέηεζε ησλ ζεκάησλ ζην ζύζηεκα ειέγρνπ κπνξεί λα απνδεηρζεί κε ηνλ ίδην ηξόπν όπσο ην πξνεγνύκελν θνκκάηη. Η ζπλάξηεζε Lyapunov νξίδεηαη σο: V (t )  1 2 1 2 1   1   S (t)  V   1  11  1    2  12   2 2 2 2 2 Πξνσνκνίωσε Σπστήκατνο Οξίδνπκε ηηο παξακέηξνπο ηνπ ζπζηήκαηνο (απζαίξεηα), ζεσξώληαο όηη ε ζθαίξα θπιίεηαη ρσξίο λα νιηζζαίλεη θαη όηη ε ηξηβή είλαη ακειεηέα. Οη ζηαζεξέο θαη νη κεηαβιεηέο ηνπ ζπζηήκαηνο νξίδνληαη σο: (m) (R) (d) (g) (L) (J) (r) mass of the ball radius of the ball lever arm offset gravitational acceleration length of the beam ball's moment of inertia ball position coordinate 8|Σελίδα 0.11 kg 0.015 m 0.03 m 9.8 m/s^2 1.0 m 9.99e-6 kg.m^2
  • 9. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ (alpha) (theta) beam angle coordinate servo gear angle Η δεύηεξε παξάγσγνο ηεο γσλίαο εηζόδνπ a επεξεάδεηαη από ηε δεύηεξε παξάγσγν ηεο αθηίλαο r. Όκσο, αγλνώληαο ην γεγνλόο απηό ε ιαγθξαλδηαλή εμίζσζε θίλεζεο γηα ηε ζθαίξα νξίδεηαη σο εμήο: J   m  r 2  mg sin(a)  mra 2 2 r  0 Η γξακκηθνπνίεζε ηεο εμίζσζεο απηήο γηα ηε γσλία ηεο ξάβδνπ a=0 καο δίλεη ηελ αθόινπζε γξακκηθή πξνζέγγηζε ηνπ ζπζηήκαηνο: J  2  2  m  r   mga r  Η εμίζσζε πνπ ζπλδέεη ηελ γσλία ηεο ξάβδνπ κε ηε γσλία ηνπ θηλεηήξα κπνξεί λα πξνζεγγηζηεί σο γξακκηθή από ηελ παξαθάησ εμίζσζε: a d  L Άξα ε πξνεγνύκελε εμίζσζε γίλεηαη: d J  2  2  m  r   mg  L r  Ο κεηαζρεκαηηζκόο Laplace ηεο ηειεπηαίαο εμίζσζεο είλαη: d J  2  2  m  R (s) s   mg ( s ) L r  Άξα ε ζπλάξηεζε κεηαθνξάο είλαη: R( s) mgd  s2 ( s ) J  L 2  m r  Παραηήρηζη: Δπεηδή ν παξαλνκαοηήο έρεη έλαλ δηπιό νινθιεξσηή ηόηε έρσ νξηαθή επζηάζεηα επνκέλσο ζα έρσ πξόβιεκα ζηνλ έιεγρν. 9|Σελίδα
  • 10. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ Η ζπλάξηεζε κεηαθνξάο ζην MatLab πινπνηείηαη σο εμήο: m = 0.111; R = 0.015; g = -9.8; L = 1.0; d = 0.03; J = 9.99e-6; s = tf('s'); P_ball = -m*g*d/L/(J/R^2+m)/s^2 Aλ ηξέμνπκε ηνλ θώδηθα, ε ζπλάξηεζε κεηαθνξάο πνπ πξνθύπηεη είλαη ε παξαθάησ: P_ball = 0.21 ---s^2 Continuous-time transfer function. Tν γξακκηθνπνηεκέλν ζύζηεκα εμηζώζεσλ κπνξεί λα πεξηγξαθεί θαη κέζσ ησλ θαηαζηαηηθώλ εμηζώζεσλ. Θεσξνύκε σο κεηαβιεηέο θαηάζηαζεηο ηελ ζέζε θαη ηελ ηαρύηεηα ηεο κπάιαο θαη σο είζνδν ηελ γσλία ηνπ θηλεηήξα. 0      r  0 1   r  mgd     r  0 0  r     J      L   R2  m      Σην δηθό καο παξάδεηγκα ζα ρξεζηκνπνηήζνπκε ειαθξώο δηαθνξεηηθό κνληέιν θαη αληί λα ειέγμνπκε ηε ζέζε κέζσ ηεο γσλίαο ηνπ θηλεηήξα 10 | Σ ε λ ί δ α
  • 11. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ ζα ειέγμνπκε ηε ξνπή ηεο ξάβδνπ. Οπόηε νη θαηαζηαηηθέο εμηζώζεηο γίλνληαη: 0 r    r  0   a     0 a   0  1 0  0 0 0 mg  J   2  m R  0 0 0   r  0 0       r  0   a   0 u  0   a  1      0  r  r  y  1 0 0 0   a    a  Παραηήρηζη: Γηα ην ζύζηεκα απηό δελ ρξεζηκνπνηείηαη βξαρίνλαο αιιά έλαο θηλεηήξαο ζην θέληξν ηεο ξάβδνπ πνπ ζα εθαξκόζεη ηελ ξνπή πνπ απαηηείηαη γηα ηνλ έιεγρν ηεο ζέζεο ηεο κπάιαο. Οη θαηαζηαηηθέο εμηζώζεηο ζην MatLab πινπνηνύληαη σο εμήο: H = -m*g/(J/(R^2)+m); A = [0 1 0 0 0 0 H 0 0 0 0 1 0 0 0 0]; B = [0 0 0 1]'; C = [1 0 0 0]; D = [0]; ball_ss = ss(A,B,C,D) Aλ ηξέμνπκε ηνλ θώδηθα, πξνθύπηεη όηη: ball_ss = a = x1 x2 11 | Σ ε λ ί δ α x3 x4
  • 12. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ x1 0 1 0 0 x2 0 0 7 0 x3 0 0 0 1 x4 0 0 0 0 x1 x2 x3 x4 1 0 0 0 b = u1 x1 0 x2 0 x3 0 x4 1 c = y1 d = u1 y1 0 Continuous-time state-space model. Δίδακε πξνεγνπκέλσο, όηη ην ζύζηεκα ζθαίξαο-ξάβδνπ είλαη έλα ζύζηεκα ηύπνπ ΙΙ, ην νπνίν έρεη δύν πόινπο. Η αθόινπζε γξαθηθή παξάζηαζε, ε νπνία εμήρζε ζην MatLab ζπκθσλεί κε όηη ππνζέζακε πξνεγνπκέλσο. pzmap(P_ball) 12 | Σ ε λ ί δ α
  • 13. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ Δπίζεο, ζέινπκε λα δνύκε ηελ απόθξηζε ηεο κπάιαο ζε κηα βεκαηηθή είζνδν. step(P_ball) 13 | Σ ε λ ί δ α
  • 14. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ Ο ιόγνο γηα ηνλ νπνίν πξαγκαηνπνηείηαη ν γεσκεηξηθόο ηόπνο είλαη γηα λα εθηηκήζνπκε ηελ απόθξηζε ηνπ θιεηζηνύ βξόγρνπ από ηελ γξαθηθή παξάζηαζε ησλ ξηδώλ ηνπ αλνηρηνύ-βξόγρνπ. Με ηελ πξόζζεζε κεδεληθώλ ή πόισλ ζην ζύζηεκα (αληηζηαζκηζηήο) ν γεσκεηξηθόο ηόπνο θαη θαη’επέθηαζε ε απόθξηζε θιεηζηνύ βξόγρνπ ζα ηξνπνπνηεζνύλ. rlocus(P_ball) 14 | Σ ε λ ί δ α
  • 15. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ Παξαηεξνύκε όηη έρεη δύν πόινπο νη νπνίνη πεγαίλνπλ ζην άπεηξν θαηά κήθνο ηνπ θαληαζηηθνύ άμνλα. Ο ιόγνο απόζβεζεο θαη ε ηδηνζπρλόηεηα βξέζεθαλ ρξεζηκνπνηώληαο ηελ αθόινπζε εμίζσζε ε νπνία ζπζρεηίδεη ην πνζνζηό ππεξύςσζεο θαη ην Ts: %OS  100e  4 s  1 2 n Ο ζθνπόο ηεο ρξήζεο ηνπ Bode δηαγξάκκαηνο είλαη ε εθηίκεζε ηεο απόθξηζεο ηνπ θιεηζηνύ βξόγρνπ. Πξνζζέησληαο έλαλ ειεγθηή ζην ζύζηεκα αιιάδνπκε ην Bode δηάγξακκα αλνηρηνύ βξόγρνπ, νπόηε αιιάδεη θαη ε απόθξηζε θιεηζηνύ βξόγρνπ. bode(P_ball) 15 | Σ ε λ ί δ α
  • 16. Πανεπιςτήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίασ Υπολογιςτών Τομέασ Συςτημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Μάθημα Προςαρμοςτικόσ Έλεγχοσ 16 | Σ ε λ ί δ α