background image

Wiesław WSZOŁEK

Wiesław WSZOŁEK

Podstawy

Podstawy

 

 

Automatyki

Automatyki

Wykład 2

Wykład 2

 

Modelowanie 

Modelowanie 

matematyczne układów 

matematyczne układów 

dynamicznych

dynamicznych

Wykład 2

Wykład 2

 

Modelowanie 

Modelowanie 

matematyczne układów 

matematyczne układów 

dynamicznych

dynamicznych

background image

2

Wprowadzenie

Modele układów fizycznych

Transmitancja operatorowa

Modele w przestrzeni stanów

Linearyzacja

Modele układów elektrycznych

Modele układów elektromechanicznych

Modele układów cieplnych i przepływowych

Plan wykładu

Plan wykładu

:

:

background image

3

Modelowanie

Modelowanie

 

jest 

matematycznym  opisem 

zachowania  się  elementów  automatyki  i  obiektów 
regulacji, niezbędnym do przeprowadzenia analizy 
i syntezy ich działania

Tworząc  model  wykorzystujemy  prawa  fizyczne

prawa  fizyczne

 

rządzące  konkretnym  układem  (np.  prawa 
Newtona,  prawa  Kirchhoffa,  równanie  bilansu 
masy, zasadę zachowania energii, itp.)

Model matematyczny obiektu

background image

4

Do  opisu  modelu  najczęściej  wykorzystuje  się 

równania różniczkowe

równania różniczkowe

Jeden  układ  może  mieć  wiele

wiele

  różnych  modeli 

matematycznych, w zależności od potrzeb badającego
i konkretnego zastosowania

Ważne  jest  zachowanie 

kompromisu

  pomiędzy 

prostotą modelu a dokładnością wyników jego analizy

Model matematyczny obiektu

background image

5

Sprężyna poddana działaniu siły F

s

 

y

k

F

S

S

F

k

y

1

Modelowanie układów 
fizycznych

czyli

F

S

y

k

1

background image

6

Tłumik 

hydrauliczny

wprowadzając operator różniczkowania D

dt

dy

c

F

d

cDy

F

d

d

F

cD

1

,...

2

,

1

   

,

n

dt

d

D

n

n

n

otrzymam

y

czyli

F

d

y

cD

1

background image

7

ky

dt

dy

c

dt

y

d

m

F

2

2

y

k

cD

mD

F

2

F

k

cD

mD

y

2

1

Zespół masa-tłumik-

sprężyna

F

y

k

cD

mD

2

1

background image

8

0

2

2

u

y

k

dt

du

dt

dy

c

dt

y

d

m

ku

cDu

ky

cDy

y

mD

2

u

k

cD

mD

k

cD

y

2

Model zamocowania jednego koła 

pojazdu

u

y

k

cD

mD

k

cD

2

background image

9

s

u

Ts

s

K

s

)

1

(

)

(

Model silnika 

obcowzbudnego

u

y

)

1

( 

Ts

s

K

(t)

i

U

S

(t)

U

w

=

con
st

R

1

2

1

2

2

1

  

,

  

:

gdzie

)

(

)

(

)

(

k

K

k

k

RJ

T

t

KU

dt

t

d

dt

t

d

T

S

background image

10

Rozważmy  liniowy,  stacjonarny  układ  zdefiniowany 
przez następujące równanie różniczkowe

)

(

...

...

)

(

0

1

0

1

s

X

a

s

a

s

a

b

s

b

s

b

s

Y

n

n

m

m

x

b

dt

x

d

b

dt

x

d

b

y

a

dt

y

d

a

dt

y

d

a

m

m

m

m

m

m

n

n

n

n

n

n

0

1

1

1

0

1

1

1

,...,

,...,

Transmitancja operatorowa

Dokonując przekształceń Laplace’a otrzymamy

gdzie n  m

background image

11

Symbol graficzny elementu automatyki

)

(

)

(

...

...

)

(

0

1

1

1

0

1

1

1

s

X

s

Y

a

s

a

s

a

s

a

b

s

b

s

b

s

b

s

G

n

n

n

n

m

m

m

m

 

Transmitancja operatorowa

Transmitancja 

operatorowa 

G(s)

Transmitancja 

operatorowa 

G(s)

 

jest 

zdefiniowana  jako  stosunek  transformaty  Laplace’a 
sygnału  wyjściowego  Y(s)  do  transformaty  Laplace’a 
sygnału  wejściowego  X(s),  przy  założeniu,  że 
wszystkie warunki początkowe są zerowe

G(s)

G(s)

G(s)

G(s)

X(t)

Y(t)

)

(

)

(

)

(

s

X

s

Y

s

G

 

)

(

)

(

)

(

s

X

s

Y

s

G

 

background image

12

Transmitancja  układu  automatyki  jest  jego  modelem 
matematycznym

Transmitancja  jest  własnością  samego  układu
niezależną od wielkości i natury sygnału wejściowego

Transmitancja przedstawia związki pomiędzy sygnałami 
wyjściowym  i  wejściowym,  nie  dostarcza  natomiast 
żadnej informacji dotyczącej fizycznej struktury układu

Transmitancje  wielu  fizycznie  różnych  układów  mogą 
być identyczne

Własności transmitancji

background image

13

Jeśli  transmitancja  układu  jest  znana,  to  możemy 
określić  sygnał  wyjściowy  dla  różnych  sygnałów 
wejściowych

Raz  określona  transmitancja  daje  pełny  opis 
charakterystyk  dynamicznych  układu,  w  odróżnieniu 
od jego opisu fizycznego

Postać 

transmitancji 

operatorowej 

stanowi 

kryterium klasyfikacji elementów automatyki

Właściwości transmitancji

background image

14

Modelowanie w przestrzeni 
stanów

Stan  układu  dynamicznego

Stan  układu  dynamicznego

  to  najmniejszy  zbiór 

zmiennych

zmiennych

 

 stanu

stanu

 takich, że ich znajomość w chwili 

t = t

0

wraz  ze  znajomością  sygnału  wejściowego 

u(t)

  dla 

 t

0

 

w pełni określa zachowanie układu w każdej chwili 

 t

0

 

,

Wektor  stanu

Wektor  stanu

  określa  jednoznacznie  stan 

x(t)

  układu 

w każdej chwili 

 t

0

 , gdy tylko stan przy 

t=t

0

  jest dany 

i określony jest sygnał wejściowy 

u(t)

 dla 

 t

0

 ,

Przestrzeń  stanów

Przestrzeń  stanów

  to  n-wymiarowa  przestrzeń,  w  której 

każdy  stan  może  być  przedstawiony  przez  punkt  w  tej 
przestrzeni.

background image

15

Dynamika układu

Dynamika układu

Stan  x(t)

Dynamika układu

Dynamika układu

Stan  

x(t)

Wejście

u(t
)

Wyjście

y(t
)

Warunki
początkow
e

x(0
)

Dynamika układu

W układach fizycznych zmiennymi stanu 

x(t)

 są takie 

wielkości  fizyczne  jak:  napięcie,  prąd,  ładunek, 
prędkość,  pozycja,  temperatura,  ciśnienie,  objętość 
itp.

background image

16

Liczba  zmiennych  stanu,  które  w  pełni  określają  własności 
dynamiczne  układu  jest  równa  liczbie  elementów,  które 
są  zdolne  magazynować  energię
  w  układzie  (np. 
sprężyna,  tłumik,  pojemność,  indukcyjność)  lub  rzędowi 
równania różniczkowego
 opisującego wspomniany układ,

Stosując  metodę  zmiennych  stanu  można  przedstawić 
równanie  różniczkowe  n-tego  rzędu  (opisujące  model 
układu)  jako  n  równań  różniczkowych  pierwszego 
rzędu

Własności metody zmiennych 
stanu

background image

17

Dla układu pierwszego rzędu

Dla układu pierwszego rzędu

Zlinearyzowana postać równania stanów i równania 

wyjść

 

w postaci wektorowo-macierzowej jest następująca

 

 

 

 

 

 

t

t

t

t

t

t

Du

Cx

y

Bu

Ax

x

Równania przestrzeni 
stanów

Schemat blokowy liniowego układu sterowania w przestrzeni 

stanów

D

D

A

A

B

B

dt

dt

C

C

u(t

u(t

)

)

x(t

x(t

)

)

x(t

x(t

)

)

y(t

y(t

)

)

+

+

+

+

.

background image

18

Dla układu rzędu n

Dla układu rzędu n

 

 

 

 

 

 

t

t

t

t

t

t

u

D

x

C

y

u

B

x

A

x

Równania przestrzeni 
stanów

gdzie:

            A 

 macierz stanu  n×n

            B 

 macierz wejścia (sterowania) n×r

            C 

 macierz wyjścia (odpowiedzi) m×n

            D 

 bezpośrednia macierz transmisji m×r

n – ilość stanów, r – ilość wejść, m – ilość wyjść 

            x(t) 

 wektor stanu, u(t) 

 wektor wejść, y(t) 

 

wektor wyjść

background image

19

Przykład 1.

 Układ 

wibroizolacji

F(t) – wejście (siła zewnętrzna)
h(t) – wyjście (przemieszczenie masy)                  

                                 

 

 

 

 

t

F

t

kh

t

h

c

t

h

m

 



 

 

     

1

2

1

x

t

h

x

t

h

x

– zmienne stanu

F(t)

– zmienna wejściowa

Zamiana 
zmiennych

– zmienna wyjściowa

h(t)

background image

20



u

m

x

m

c

x

m

k

x

x

x

1

2

1

2

2

1

Równanie wyjść ma 
postać

1

x

 

 

h(t)

m

k

(t)

h

m

c

t

F

m

1

t

h



Zastępujemy  równanie  różniczkowe  drugiego  rzędu 
układem dwóch równań pierwszego rzędu

u

m

x

x

m

c

m

k

x

x





1

0

1

0

2

1

2

1

2

1

0

1

x

x

y

W postaci wektorowo-macierzowej równania stanów i 
wyjść mogą być zapisane jako 

Przykład 1.

 Układ 

wibroizolacji

background image

21

Schemat blokowy układu 
wibroizolacji



m

c

m

k

A

1

0

0

1

C



m

B

1

0

Przykład 1.

 Układ 

wibroizolacji

background image

22

Zależność  pomiędzy 

równaniami  stanu

  i  wyjścia 

transmitancją

  operatorową,  dla  układu  z  jednym 

wejściem 
i jednym wyjściem

BU(s)

A

sI

X(s)

1

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

s

DU

s

CX

s

Y

s

BU

s

AX

s

sX

DU(s)

BU(s)

A

sI

C

Y(s)

 1

Przekształcając

Równania stanu  

Transmitancja

 

D

B

A

sI

C

U(s)

Y(s)

s

G

 1

 

D

B

A

sI

C

U(s)

Y(s)

s

G

 1

background image

23

Linearyzacja

Model 

matematyczny 

układu 

jest 

zawsze 

przybliżeniem  rzeczywistego  charakteru  zjawisk 
fizycznych w nim zachodzących,

Równania  otrzymane  w  modelu  najczęściej  są 
równaniami nieliniowymi,

Ze względu na łatwość analizy dąży się do zastąpienia 
równań nieliniowych równaniami liniowymi, 

Linearyzacja

Linearyzacja

  jest  procesem  tworzenia  modelu 

liniowego, który aproksymuje model nieliniowy.

 

background image

24

Charakterystyki statyczne elementów nieliniowych

w y

w e

w y

w e

w y

S tr e f a   n ie c z u ło ś c i

N a s y c e n ie

N ie lin io w o ś ć   k w a d r a to w a

w e

Linearyzacja

background image

25

Linearyzacja statyczna polega 
na:

przeniesieniu układu współrzędnych do punktu pracy,

zastąpieniu  sygnałów  w  opisie  matematycznym 
odchyleniami tych wartości w punkcie pracy, 

zastąpieniu  krzywej,  reprezentującej  zależności  y  od 
x, styczną do niej w punkcie pracy. 

background image

26

    

Niech y = f (x) 

0

0

y

y

y

x

x

x

 

 

x

dx

x

df

y

dx

x

df

k

x

k

y

x

x

x

x

0

0

Linearyzacja 
statyczna

background image

27

Przykład 2. 

Linearyzacja funkcji y = x

2

y

Y

y

Y

Y

i

i

x

X

Y

Y

i

i

2

 

x

X

x

X

dX

d

x

dX

dY

y

i

i

y

i

x

i

y

i

x

2

)

,

(

)

,

(

2

)

(

i

i

y

x

dX

dY

x

y

- nachylenie w 

punkcie (X

i

Y

i

),

Wybieramy  punkt pracy (X

i

,  Y

i

)  i rysujemy styczną  do 

krzywej w tym punkcie.

background image

28

Linearyzacja dynamiczna

Linearyzacja  dynamiczna  polega  na  rozwinięciu 
nieliniowych  funkcji  w  szereg  Taylora

szereg  Taylora

  w  otoczeniu 

punktu pracy.

 

 

0

)

u

,

,

u

,

u

,

y

,

,

y

,

y

(

F

m

n

 

 

0

0

0

0

0

 ,

 ,

n

m

u

y

m

u

y

R

u

u

F

u

u

F

 

 

 

 

n

u

 ,

y

n

u

 ,

y

u

 ,

y

0

0

m

n

Δy

y

F

y

Δ

y

F

Δy

y

F

u

,

y

F

u

,

u,

,

y

,

y,

F

0

0

0

0

0

0

background image

29

Można przyjąć R

n

= 0 dla niewielkich przyrostów

 

 

 

u

b

u

b

u

b

y

a

y

a

y

a

y

a

m

m

n

n

n

n

0

1

0

1

1

1

 

 

 

 

0

Δu

u

F

Δu

u

F

Δy

y

F

y

Δ

y

F

Δy

y

F

m

u

 ,

y

m

u

 ,

y

n

u

 ,

y

n

u

 ,

y

u

 ,

y

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Linearyzacja 
dynamiczna

Dla 

układu 

stacjonarnego 

punkcie 

pracy 

odpowiadającym 

stanowi 

równowagi, 

pochodne 

cząstkowe występujące w równaniu są stałe

background image

30

Przykład 3. 

Wahadło 

proste

M

Θ

mgl

Θ

I

sin



2

sin

ml

M

Θ

l

g

Θ



2

ml

M

Θ

l

g

Θ



Zakładając, że dla małych 
kątów

                    

sin



 

l

g

częstości drgań 

własnych

2

ml

moment 

bezwładności
   względem osi obrotu

przyłożony 

moment 
zewnętrzny

background image

31

Przykład 4. 

Obwód elektryczny

rezystor + cewka z rdzeniem

 

const

k

i

k

i

Ψ

     

 

t

u

t

i

R

R

dt

t

d

)

(

)

(

)

(

 

  

    

t

u

t

i

R

R

dt

t

di

t

i

k

d

2

     

0

,

,





t

u

dt

t

di

t

i

F

Powyższe równanie nieliniowe zapisujemy w postaci 
ogólnej

background image

32

Przyjmujemy punkt pracy ustalonej przy napięciu u

0

 i prądzie i

0

d

i

u

R

R

i

F

0

0

 ,

0

 ,

2

0

0

i

k

dt

di

F

i

u

1

0

0

 ,

i

u

u

F

0

0

0

0

0

0

0

 ,

 ,

 ,

u

u

F

dt

di

dt

di

F

i

i

F

i

u

i

u

i

u

u

dt

di

i

k

i

R

R

d

0

2

Przyjmując           oraz            otrzymujemy liniowe 
równanie różniczkowe

i

u

u

i

R

R

dt

di

i

k

d

0

2

Po 
podstawieniu

background image

33

Modele układów 
elektrycznych

 

Modele  układów  elektrycznych  budujemy  przede  wszystkim  w 
oparciu o prawo Ohma i prawa Kirchhoffa.

dt

du

C

 Rezystor 

i

R

u

dt

di

L

u

 Pojemność

Indukcyjno

ść 

L

i

C

i

R

i

background image

34

2

1

u

dt

di

L

Ri

u

dt

du

C

i

2

2

2

2

dt

u

d

C

dt

di

2

2

2

2

2

1

u

dt

u

d

LC

dt

du

RC

u

2

2

1

2

1

1

u

LC

u

L

R

u

LC

u



Stosujemy II prawo 
Kirchhoffa

Przykład 5. 

Obwód elektryczny RLC

background image

35

1

2

2

2

1

x

u

x

u

x



1

2

2

2

1

1

1

x

LC

x

L

R

u

LC

x

x

x

u

LC

x

x

L

R

LC

x

x





1

0

1

1

0

2

1

2

1

2

1

0

1

x

x

y

2

0

0

2

2

0

2

)

(



s

s

k

s

G

Równanie stanu i równanie 
wyjścia

Transmitancja operatorowa

L

C

R

LC

k

2

1

     

1

0

Przykład 5. 

Obwód elektryczny RLC

background image

36

Modele układów elektromechanicznych

Przykład 6.   

Silnik prądu stałego 

obcowzbudny, 

sterowany od strony wirnika

U - napięcie zasilające (we)
 - położenie kątowe wału silnika 

(wy)
J - moment bezwładności
b – współczynnik tarcia lepkiego



i

k

T

k

e

T

b

J

e

U

Ri

dt

di

L

1

2



- równanie dynamiki wału silnika

- równanie spadków napięć w 

obwodzie wirnika

- siła elektromotoryczna

- moment mechaniczny silnika

background image

37

transmitancja 

Js)

sL)(b

(R

k

k

k

U(s)

(s)

G(s)

1

2

1



i

k

b

J

k

U

Ri

dt

di

L

1

2



- model silnika prądu stałego

Dla           ,               gdzie  - prędkość kątowa wału silnika

u

L

x

x

L

R

L

k

J

k

J

b

x

x

 

1

0

2

1

2

1

2

1

2

1

0

1

x

x

y

Równanie stanu i wyjścia dla zmiennych stanu 

i

x

x

2

1

  

,

  

Przykład 6. 

Silnik prądu stałego 

sterowany od strony wirnika

background image

38

Modelowanie układów cieplnych i  
przepływowych

Przepływ ciepła

)

T

T

(

R

q

2

1

1

Energia  cieplna  przepływająca  przez  ciało  jest 
wprost  proporcjonalna  do  różnicy  temperatur  ciała  i 
otoczenia, zgodnie ze wzorem

q - przepływ energii cieplnej 
[J/s]
R - opór cieplny [C/Js]

T - temperatura [C]

Dopływ  energii  cieplnej  do  ciała  wpływa  na  jego 
temperaturę, zgodnie z relacją

q

C

dt

dT

1

C - pojemność cieplna 
[J/C]

background image

39

Przykład  7. 

Dynamiczny  model  zjawisk 

cieplnych w pokoju

Ci - pojemność cieplna powietrza wewnątrz 
pokoju
To - temperatura otoczenia,
Ti - temperatura w pokoju
R1 - opór cieplny ścian pokoju
R2 – łączny opór cieplny sufitu i podłogi 
pokoju 

i

o

i

i

T

T

R

R

C

dt

dT

2

1

1

1

1

Ciepło  właściwe  c

v

  przy  stałej  objętości  jest 

przeliczane na pojemność cieplną C

V

c

m

C

background image

40

Przewodność cieplna k, która jest związana z oporem 
cieplnym R, określona jest zależnością 

l

A

k

R

1

o

i

v

T

T

c

dt

dm

q

A 

- pole 

przekroju 

poprzecznego 
  l  - długość  drogi  przepływu 
ciepła

dt

dm

-  szybkość  przepływającej 

masy 

powietrza 

temperaturze 

T

i

 

 

 

 

wypływającej  na  zewnątrz 
pokoju o temperaturze T

o

.

Przykład  7.  Dynamiczny  model  zjawisk 
cieplnych w pokoju

Sumaryczny  przepływ  energii  opisuje  wymianę 
ciepła,  która  może  zachodzić  pomiędzy  masą  ciepłą  a 
zimną. W takim przypadku:

background image

41

Przepływ cieczy nieściśliwych

Równanie  bilansu  natężenia  przepływu  płynu 
wynika z zasady zachowania masy 

wy

we

q

q

dt

dm

 

gdzie:
            m    –  masa  cieczy  wewnątrz  opisywanego 
układu
      q

we

 – masowe natężenie przepływu na wejściu 

układu
      q

wy

 – masowe natężenie przepływu na wyjściu 

układu

background image

42

Przykład 8. 

Zbiornik z 

wodą

h

q

w e

q

w y

c iś n ie n ie   p

1

wy

we

q

q

A

dt

dh

1

gdzie:

A – powierzchnia zbiornika 

 – gęstość wody

h  =  m/A

  -  wysokość  słupa 

wody

m – masa wody w zbiorniku

background image

43

P

R

F

Q

h

P

1

ciecz

Przykład 9. 

Napełnianie zbiornika 

cieczą

Objętościowe  natężenie  przepływu  cieczy  Q  przez  opór 

hydrauliczny R

F

)

p

p

(

R

Q

F

1

1

dt

dh

A

  p

1

 - ciśnienie zasilania

    p  - ciśnienie  w 
zbiorniku
 R

F

 - opór hydrauliczny 

Jest ono równe zmianie objętości cieczy w 
zbiorniku

A - powierzchnia przekroju 
zbiornika 

background image

44

dt

dp

g

A

dt

dh

A

p

p

R

F

)

(

1

1

F

C

g

A

 -  pojemność 

hydrauliczn
a

1

p

p

dt

dp

R

C

F

F

Ciśnienie hydrostatyczne cieczy

 

można wyrazić jako

h

g

p

Równanie opisujące proces napełniania 
zbiornika 

Przykład 9. 

Napełnianie zbiornika 

cieczą

 - gęstość cieczy

g - przyspieszenie 

ziemskie 

background image

45

g a z

P

P

1

R

F

Q

m

V

T

Przykład 10. 

Napełnianie zbiornika 

gazem

Równanie stanu gazu

p

p

R

Q

F

m

1

1

GRT

pV 

dt

dp

RT

V

dt

dG

Q

m

 G – masa gazu
 T – temperatura gazu
 V – objętość gazu
 R

F

 – stała gazowa

RT

V

C

F

1

p

p

dt

dp

R

C

F

F

Masowe natężenie przepływu 

background image

46

Postacie matematycznych 

modeli liniowych systemów 

dynamicznych

 

 

 

 

 

 

t

u

b

dt

t

u

d

b

dt

t

u

d

b

t

y

a

dt

t

y

d

a

dt

t

y

d

a

m

m

m

m

m

m

n

n

n

n

n

n

0

1

1

1

0

1

1

1

,...,

,...,

 

 

 

 

 

 

t

Du

t

Cx

t

y

t

Bu

t

Ax

t

x

Równanie różniczkowe

Równania stanu i wyjścia

0

1

1

1

0

1

1

1

...

...

)

(

)

(

)

(

a

s

a

s

a

s

a

b

s

b

s

b

s

b

s

U

s

Y

s

G

n

n

n

n

m

m

m

m

Transmitancja operatorowa

background image

47

Związki pomiędzy poszczególnymi 

postaciami modeli

Równanie

różniczkowe

Równanie

różniczkowe

Transmitancja

operatorowa

Transmitancja

operatorowa

Równania

stanu i wyjścia

Równania

stanu i wyjścia

background image

48

Elementy 

wielowymiarowe 

określa 

macierz 

transmitancji, na przykład

 

 

 

 

 

 

 

 

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

s

G

nm

n

m

m

1

2

1

12

11

- przy 

założeniu, 

że 

wszystkie 

pozostałe 

wartości 

wejściowe 

warunki  początkowe  są 
równe zero

 

 

 

s

X

s

Y

s

G

k

i

ik

Transmitancja operatorowa

background image

49

Równania przestrzeni 
stanów

 

układ  dynamiczny  może  być  opisany  równaniami 
różniczkowymi

 

 

 

t

u

u

u

x

x

x

f

t

x

t

u

u

u

x

x

x

f

t

x

t

u

u

u

x

x

x

f

t

x

r

n

n

n

r

n

r

n

;

,

,

,

;

,

,

,

;

,

,

,

;

,

,

,

;

,

,

,

;

,

,

,

2

1

2

1

2

1

2

1

2

2

2

1

2

1

1

1

Zakładając, że

 

u

1

(t),u

2

(t),...,u

r

(t) – 

 

sygnały 

wejściowe
y

1

(t),y

2

(t),...,y

m

(t) – 

 

sygnały 

wyjściowe
x

1

(t),x

2

(t),...,x

n

(t) – 

 

zmienne 

stanu 

 

background image

50

Sygnały wyjściowe

 

 

 

 

t

u

u

u

x

x

x

f

t

u

u

u

x

x

x

f

t

u

u

u

x

x

x

f

t

,

t

x

t

x

t

x

t

r

n

n

r

n

r

n

n

;

,

,

,

;

,

,

,

;

,

,

,

;

,

,

,

;

,

,

,

;

,

,

,

,

,

2

1

2

1

2

1

2

1

2

2

1

2

1

1

2

1

u

x

f

x

 

 

 

t

;

u

,

,

u

,

u

;

x

,

,

x

,

x

g

t

y

t

;

u

,

,

u

,

u

;

x

,

,

x

,

x

g

t

y

t

;

u

,

,

u

,

u

;

x

,

,

x

,

x

g

t

y

r

n

m

m

r

n

r

n

2

1

2

1

2

1

2

1

2

2

2

1

2

1

1

1

Równania przestrzeni 
stanów

Definiują

c

background image

51

 

 

 

 

 

 

 

 

t

u

t

u

t

u

t

t

u

u

u

x

x

x

g

t

u

u

u

x

x

x

g

t

u

u

u

x

x

x

g

t

t

y

t

y

t

y

t

r

r

n

m

r

n

r

n

m

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

2

1

2

1

1

2

1

,

;

,

,

,

;

,

,

,

;

,

,

,

;

,

,

,

;

,

,

,

;

,

,

,

,

,

,

u

u

x

g

y

równania przybierają 
postać

oraz

 

 

równanie 

równanie 

stanów

stanów

 

 

równanie 

równanie 

wyjść

wyjść

 

t

t

,

,u

x

f

 

t

t

,

,u

x

g

Równania przestrzeni 
stanów

background image

52

Po  linearyzacji  wokół  wybranego  punktu  pracy, 
równania te można zapisać w postaci

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

u

t

u

t

u

d

d

d

d

t

x

t

x

t

x

c

c

c

c

c

c

c

c

c

t

y

t

y

t

y

t

u

t

u

t

u

b

b

b

b

t

x

t

x

t

x

a

a

a

a

a

a

a

a

a

t

x

t

x

t

x

r

mr

m

r

n

mn

n

m

m

m

m

r

nr

n

r

n

nn

n

n

n

n

n

2

1

1

1

11

2

1

2

1

2

22

21

1

12

11

2

1

2

1

1

1

11

2

1

2

1

2

22

21

1

12

11

2

1

 

 

 

 

Równania przestrzeni 
stanów


Document Outline