Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
(EOD).Mechatronics.pdf
Скачиваний:
81
Добавлен:
23.08.2013
Размер:
5.07 Mб
Скачать

page 34

4.5 SAMPLE TIME

In deadbeat type controllers we do not typically see mentions of the sample period, but in most practical systems we see a mention of the sample time ‘T’.

We can use the system transfer function to calculate the acceptable range of controller time. In all cases the lower sample period is 0, but for practical reasons we may want to make this larger.

A shorter sample time requires a faster computer, and steals cycle time from other processes.

The general procedure is,

1.Find the characteristic equation of the overall system transfer function.

2.Determine the roots (symbolically) of the equation.

3.Select values of ‘T’ that ensure that all of the roots have a value of 1 or more.

4.Select a sample time that is less than the longest time.

Consider the example below,

G( B)

=

4TB – 2

B----------------------------------2 + TB – 2T2

 

 

Find the sample time T required for stability,

First, we find the characteristic equation, and solve for the roots, when the roots are

B2 + TB – 2T2

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B =

– ( T) ±

( T) 2 – 4( 1) ( –2T2)

=

T

( – 1

±

1 + 8)

=

T

( – 1

± 3) = 1

--------------------------------------------------------------------

2( 1)

--

--

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

T = 1, 0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Based on these results we can now determine the stable region.

page 35

4.6 SUMMARY

• The following is a map of techniques that show typical uses of the mathematical technique covered so far.

 

 

 

 

 

 

 

input functions

 

 

 

 

 

error functions

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

from data

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

table

 

 

 

 

 

 

input function

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

equation

 

 

 

 

 

 

output

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

value table

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

real

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

system

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B-shift

 

 

 

 

 

partial fractions

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

or long division

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

final

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

input

 

 

 

 

 

 

 

 

output

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

function

 

 

 

 

 

function

 

value

 

differential

 

 

 

 

 

 

 

b-shift

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

theory

 

equations

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

table

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

steady state

 

 

 

 

 

algebra

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

transfer

characteristic

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

function

 

 

 

 

 

stability

 

 

 

 

 

difference

 

 

 

 

 

equation

 

 

 

 

 

analysis

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

equations

b-shift

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

transfer

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

table

 

 

 

 

function

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

calculations

 

 

 

 

feedback

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

block

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

diagram

 

equation

 

system transfer

 

 

 

 

 

 

estimated

 

 

 

 

 

 

 

 

 

function

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

values

 

 

transfer

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

transfer

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

function

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

function

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

realizability

 

controller

 

 

 

 

design

 

pick sample

 

 

 

 

difference

equation

 

 

 

 

 

techniques

 

 

 

 

 

 

time

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

equation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

desired

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

behavior

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

page 36

4.7 PRACTICE PROBLEMS

1.a) We are developing a freight elevator control system. The first major task is developing a height positioning controller. The elevator is moved to a new floor by issuing a step function for the new floor height. The transfer function below relates the voltage supplied to the elevator motor to the height of the elevator. Develop a controller transfer function that has a first order response, and draw a complete block diagram.

B + 1 G = -------------------

p 1 – 0.5B

b) Develop the discrete equation for the controller if the time constant for the first order response is 5 seconds and the sampling time is 1 second.

2.c) Write a computer program (in the computer language of your choice) that implements the controller in question 1. Assume the input and output values are set using the two functions below.

INPUT() - This function will return the elevator height in feet (floating point) OUTPUT(value) - This function will set the output voltage at ‘value’

3.Redraw the following system and add a feedforward controller. Develop the function used for the feed forward controller.

+

 

 

 

 

B + 5

 

 

 

 

 

( 10 – B)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-----------------------

 

 

 

 

 

 

 

------------

 

 

 

 

 

B( 1 – B) 2

 

 

 

 

 

 

 

B – 1

 

 

 

 

 

 

 

 

_

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B + 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. The control system below will be used for positioning the height of an elevator.

page 37

rn

+

G

 

1 – B

c

n

 

c

 

 

 

 

------------

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

-

 

 

 

 

a)Find a controller transfer function that gives a first order response for a time step of T=1 and a time constant of 3.

b)Develop the discrete equation and determine if the controller is realizable.

c)Develop a transfer function for the final system and determine if the system is stable.

ANS.

 

0.283B2

 

a)

Gc =

 

1--------------------------- 2B + B2

 

 

 

b) realizable

 

 

 

c)

 

0.283B2

 

G =

-------------------------

stable

 

1 – 0.717B

4. We want to design a control system to minimize the effects of disturbance. Given a step input of magnitude 1, we are willing to accept a maximum error of 0.5 for one time step.

Gp =

10B

-----------

 

1 – B

a) Find a controller transfer function.

b) Develop the discrete equation for the system and determine if the controller is realizable?

ANS.

 

 

10 – 0.5( 1 – B) 2

 

 

 

 

 

 

 

 

Gc

=

 

 

 

 

 

 

 

a)

---------------------------------------5B( 1 – B)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b) not realizable

 

m

 

= m

 

+

9.5

e

 

1

 

0.5

 

 

n

n – 1

------5

n + 1

+ --e

n

– ------e

n – 1

 

 

 

 

 

 

 

5

5

Соседние файлы в предмете Электротехника