Upraszczanie
modeli
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Jezyki
˛
Modelowania i Symulacji
Stabilność, Sterowalność, Obserwowalność
Marcin Ciołek
Katedra Systemów Automatyki
WETI, Politechnika Gdańska
17 listopada 2011
Upraszczanie
modeli
O czym bedziemy
˛
mówili?
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
1
Modelowanie ’zdarzeń’: piłka
2 KRYTRIA STEROWALNOŚCI i OBSERWOWALNOŚCI
Upraszczanie
modeli
Przykład
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
• Co sie˛ stanie z piłka?
˛
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Pogladowy
˛
rysunek
• Założenie: ruch kończy sie,
˛ gdy piłka spada na trawe.
˛
xl=-2.75; xr=2; yd=-4; yu=5;
Upraszczanie
modeli
Przykład
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
• Podstawowe równania ruchu piłki (model liniowy):
x1 := x
mẍ = −αẋ
mÿ = −αẏ − mg
x2 := ẋ,
x3 := y ,
ẋ1 = x2
α
x2
ẋ2 = − m
.
ẋ
=
x
4
3
α
x4 − g
ẋ4 = − m
x4 := ẏ
• Model odbicia piłki w chwili t od powierzni blatu stołu
(y=0) o długości (|xr-xl|):
x1 (t + ) = x1 (t − ),
x2 (t + ) = βx2 (t − ),
x3 (t + ) = x3 (t − ),
x4 (t + ) = −βx4 (t − )
Upraszczanie
modeli
Przykład
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
• Modelowanie ’zdarzeń’:
• Warunkiem koniecznym wystapienia
˛
danego zdarzenia
jest zerowania sie˛ odpowiednej funkcji opisujacej
˛ to
zdarzenie.
• Kryteria detekcji zdarzeń (zachowanie sie˛ funkcji
opisujacej
˛ w otoczeniu jej zera):
-1 w otoczeniu zera mamy funkcje˛ rosnaca,
˛
0 każde przejście przez zero,
1 w otoczeniu zera funkcja opisujaca
˛ jest malejaca.
˛
• Co robić po detekcji zdarzenia?
0 Pomimo wystapienia
˛
danego zdarzenia całkowanie
równania różniczkowego nie jest zatrzymywane.
1 Całkowanie równania różniczkowego jest zatrzymywane
(koniec danego etapu całkowania).
Upraszczanie
modeli
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Przykład
• Przyjecie
˛
aktywnej (’on’) opcji ’Events’ oznacza, że:
• funkcja użytkownika (w omawianym przypadku jest to
myball) powinna reagować na parametr ’flag = events’
zwracajac
˛ trzy wielkości:
[value,isterm,direct];
• funkcja całkowania równania różniczkowego (w
omawianym przypadku jest to ode23) zwraca pieć
˛
wielkości:
[T,Y,TE,YE,IE] = solver(odefun,tspan,y0,options)
T – wektor kolejnych chwil czasu t,
Y – tablica rozwiaza
˛ ń (wiersz odpowiada chwili czasu t),
TE – wektor chwil czasu, w których miały miejsce zdarzenia,
YE – tablica rozwiaza
˛ ń (wiersz odpowiada chwili danego
zdarzenia),
IE – wektor indeksów wskazujacych
˛
zdarzenie zaistniałe w
chwili podanej w TE,
Upraszczanie
modeli
Przykład
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
• Modelowanie ’zdarzeń’:
Funkcje opisujace
˛
(identyfikujace)
˛
zdarzenia
value=[x(3); x(1)-xl; xr-x(1); x(3)-yd];
Akcje po detekcji zdarzeń:
isterminal=[xterm; 1; 1; 1];
Kryteria detekcji zdarzeń:
direction=[-1; 0; 0; 0];
Upraszczanie
modeli
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Przykład
function varargout=myball(t,x,flag,m,a,xl,xr,yd,xterm)
g=9.81;
if strcmp(flag,'')
Out=zeros(4,1);
Out(1)=x(2);
Out(2)=-a*x(2)/m;
Out(3)=x(4);
Out(4)=-g-a*x(4)/m;
varargout{1}=Out;
elseif strcmp(flag,'events')
[varargout{1:3}]=feval(@event,x,xl,xr,yd,xterm);
end
function [value,isterm,direct]=event(x,xl,xr,yd,xterm)
value=[x(3); x(1)-xl; xr-x(1); x(3)-yd];
isterm=[xterm; 1; 1; 1];
direct=[-1; 0; 0; 0];
Upraszczanie
modeli
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Przykład
function [T,X,TE,XE,IE]=ball
m=10;
x00=0.0;
xl=-2.75;
xr=2.0;
yu=5;
yd=-4;
tp=0.0;
tf=30.0;
vx0=-0.5;
%vx0=0.6;
alpha=0.25;
%alpha=0.20;
beta=0.92;
%beta=0.8;
TE=[]; XE=[]; IE=[];
xterm=1;
x0=[x00 vx0 yu 0.0];
T(1)=tp; X(1,:)=x0;
opt=odeset('Events','on','RelTol',1e-6,'Refine',6);
Upraszczanie
modeli
Przykład
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
while 1
[tt,xt,te,xe,ie]=
ode23('myball',[T(end) tf],x0,opt,m,
alpha,xl,xr,yd,xterm);
T=[T;tt];
X=[X;xt];
TE=[TE;te]; XE=[XE;xe]; IE=[IE;ie];
if ie==1
x0=[xe(1) xe(2)*beta xe(3) -xe(4)*beta];
elseif (ie==2) | (ie==3)
x0=xe; xterm=0;
else return;
end
end
[T,X]=ball;
plot(X(:,1),X(:,3));
Upraszczanie
modeli
Przykład
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
• Ilustracja ruchu piłki:
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
vx0=-0.5; alpha=0.25; beta=0.92;
vx0=0.6; alpha=0.20; beta=0.8;
• Czy (w ogólnym przypadku) zadanie ’detekcji zdarzeń’
może być źle uwarunkowane?
Upraszczanie
modeli
Model obiektu
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
• Model obiektu dynamicznego z czasem ciagłym:
˛
ẋ(t) = Ax(t) + Bu(t), x(0),
A ∈ Rn×n , B ∈ Rn×p
C ∈ Rq×n .
y (t) = Cx(t),
• Macierz sterowalności Mc = Mc (A, B)
Mc :=
B AB · · ·
An−1 B
,
Mc ∈ Rn×n·p .
• Macierz obserwowalności Mo = Mo (A, C)
C
CA
Mo :=
··· ,
CAn−1
Mo ∈ Rn·q×n .
Upraszczanie
modeli
ctrb, obsv
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Wyznaczanie macierzy sterowalności
• Mc = ctrb(A,B);
– A - nxn, B - nxp,
System jest sterowalny jeżeli jego macierz
sterowalności posiada pełen rzad.
˛
Wyznaczanie macierzy obserwowalności
• Mo = obsv(A,C);
– A - nxn, C - qxn,
System jest obserwowalny jeżeli jego macierz
obserwowalności posiada pełen rzad.
˛
Upraszczanie
modeli
ctrb, obsv
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Wyznacz macierze sterowalności i obserwowalności dla
systemu opisanego macierzami modelu stanowego
−2 1
1
1
B=
C=
A=
0
0
−1 61
>> Mc=ctrb(A,B)
Mc =
1
-2
0
-1
>>Mo = obsv(A,C)
Mo =
1
0
-2
1
Upraszczanie
modeli
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
ctrb, obsv
Sprawdź sterowalność i obserwowalność systemu
1 −2
1 0
Mc =
Mo =
0 −1
−2 1
>> rank(Mc)
ans =
2
% Liczba niesterowalnych zmiennych stanu
>> unco = length(A)-rank(Mc)
unco =
0
>> rank(Mo)
ans =
2
% Liczba nieobserwowalnych zmiennych stanu
>> unob = length(A)-rank(Mo)
unob =
0
Upraszczanie
modeli
ctrb, obsv
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Wyznacz macierze sterowalności i obserwowalności dla
systemu opisanego macierzami modelu stanowego
1 1
1 −1
1
A=
B=
C=
4 −2
1 −1
0
>> Mc=ctrb(A,B)
Mc =
1
-1
1
-1
>> rank(Mc) = 1
>> Mo=obsv(A,C)
Mo =
1
0
1
1
>> rank(Mo) = 2
2
2
-2
-2
Upraszczanie
modeli
ctrb, obsv
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Szacowanie rz˛edu źle uwarunkowanej macierzy
sterowalności
1 δ
1
1
A=
B=
C=
0 1
δ
0
√
δ 6= 0
δ < eps
>> Mc=ctrb(A,B)
Mc =
1.0000
1.0000
0.0000
0.0000
>> rank(Mc) = 1
Upraszczanie
modeli
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Stabilność asymptotyczna
• Obiekt ẋ(t) = Ax(t) jest asymptotycznie stabilny, gdy
lim x(t) = 0n ,
t→∞
∀x(0).
• x(t) = eAt x(0) ⇒ obiekt jest asymptotycznie stabilny
m
lim keAt k = 0.
t→∞
• Obiekt (macierz A) jest asymptotycznie stabilny
m
Re λ < 0,
∀λ ∈ spectr A.
Upraszczanie
modeli
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Stabilność asymptotyczna
Model liniowego obiektu dynamicznego:
0 −1
1
0
x = Ax,
A=
, x(0) =
−1 −1
−0.5
lim x(t) = 0n ,
t→∞
∀x(0).
Rozwiazanie
˛
wzgledem
˛
czasu
Upraszczanie
modeli
MC
Stabilność asymptotyczna
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
lim keAt k = 0.
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
t→∞
A=[0 1;-1 -1];
tk = 1000;
x0=[1; -0.5];[T,x]=ode45('Ax',[0 tk],x0,[],A);
xx=zeros(2,size(T,1));
for k=1:size(T,1)
xx(:,k)=expm(A*T(k))*x0;
end
norm(xx(:,tk),2)
ans =
1.9393e-175
Upraszczanie
modeli
Stabilność asymptotyczna
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Re λ < 0,
A=[0 1;-1 -1];
>> eig(A)
ans =
-0.5000 + 0.8660i
-0.5000 - 0.8660i
∀λ ∈ spectr A.
Upraszczanie
modeli
Kryteria stabilności
asymptotycznej
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Nastepuj
˛ ace
˛ zdania sa˛ równoważne:
a) A jest macierza˛ stabilna.
˛
b) ∃ M oraz α, takie że
keAt k ≤ Me−αt , ∀t.
c) ∀ Q > 0, Q ∈ Rn×n równania Lapunowa
XAT + AX = −Q
maja˛ dodatnio określone rozwiazania:
˛
X ∈ Rn×n > 0
Upraszczanie
modeli
Kryteria stabilności
asymptotycznej
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
keAt k ≤ Me−αt , ∀t.
1
0.8
0.6
0.4
x(t)
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
0
10
20
30
40
50
t
60
70
80
Rozwiazanie
˛
wzgledem
˛
czasu
90
100
Upraszczanie
modeli
Kryteria stabilności
asymptotycznej
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
A=[0 1;-1 -1];
tk = 100;
x0=[1; -0.5];[T,x]=ode45('Ax',[0 tk],x0,[],A);
xx=zeros(2,size(T,1));
for k=1:size(T,1)
alpha = 0.1;
xx2=zeros(2,size(T,1));
xx(:,k)=expm(A*T(k))*x0; end
M = [1 ;1];
for k=1:size(T,1)
xx2(k)=exp(-alpha*T(k))*M; end
plot(T,xx(1,:),T,xx(2,:)) hold on
plot(T,xx2(1,:),'r',T,xx2(2,:),'r')
ylabel('x(t)') xlabel('t')
Upraszczanie
modeli
lyap
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Rozwiazywanie
˛
równań Lapunowa
• X = lyap(A, Q);
A, Q oraz X – macierze kwadratowe nxn:
AX+XA’+Q=0
dla symetrycznego Q mamy symetryczne X.
Upraszczanie
modeli
lyap
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
AX + XA0 + Q = 0
A=[0 1;-1 -1];
Q = [3 1; 1 1];
d = eig(Q)
d =
0.5858
3.4142
X = lyap(A,Q)
X =
4.5000
-1.5000
-1.5000
2.0000
>> eig(X)
ans =
1.2974
5.2026
Upraszczanie
modeli
Gramian sterowalności
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
• ∀ (A, B) ∈ Rn×n × Rn×p ze stabilna˛ macierza˛ A
równanie Lapunowa
Wc AT + AWc = −BB T
posiada jednoznaczne rozwiazanie
˛
Wc = Wc (A, B)
zwane gramianem sterowalności tej pary (obiektu)
Z ∞
T
Wc :=
eAt BB T eA t dt,
Wc ∈ Rn×n .
0
Gramian sterowalności jest dodatnio określony wtedy i
tylko wtedy, gdy para (A,B) jest sterowalna
Upraszczanie
modeli
MC
Gramian obserwowalności
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
• ∀ (A, C) ∈ Rn×n × Rq×n ze stabilna˛ macierza˛ A
równanie Lapunowa
Wo A + AT Wo = −C T C
posiada jednoznaczne rozwiazanie
˛
Wo = Wo (A, B)
zwane gramianem obserwowalności tej pary (obiektu)
Z ∞
T
Wo :=
eA t C T CeAt dt,
Wo ∈ Rn×n .
0
Gramian obserwowalności jest dodatnio określony
wtedy i tylko wtedy, gdy para (A,C) jest obserwowalna
Upraszczanie
modeli
gram
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Wyznaczanie gramianów
• Wc = gram(sys1, ’c’);
– sterowalności,
• Wo = gram(sys1, ’o’);
– obserwowalności
dla obiektu dynamicznego opisanego przez strukture˛
sys (realizacje˛ (A,B,C,D) w przestrzeni stanu).
sys1 = ss(A, B, C, D)
D=0
Upraszczanie
modeli
gram
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
sys1 = ss(A, B, C, D)
A=[0 1;-1 -1];
B = [3 1; 1 1]; C=[1 0];
>> rank(ctrb(A,B))
>> sys1 = ss(A,B,C,0);
>> gc = gram(sys1,'c')
gc =
1.2500
-0.1250
-0.1250
0.6250
>> eig(gc)
ans =
0.6009
1.2741
D=0
ans = 2
Upraszczanie
modeli
gram
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
sys1 = ss(A, B, C, D)
A=[0 1;-1 -1];
B = [3 1; 1 1]; C=[1 0];
>> rank(obsv(A,C))
>> sys1 = ss(A,B,C,0);
>> go = gram(sys1,'o')
go =
1.0000
0.5000
0.5000
0.5000
>> eig(go)
ans =
0.1910
1.3090
D=0
ans = 2
Upraszczanie
modeli
Gramiany a stabilność
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
• ∀ (A, B) ∈ Rn×n × Rn×p (– para sterowalna):
równanie
XAT + AX = −BB T
posiada jednoznaczne rozwiazanie
˛
Z ∞
T
X = Wc (A, B) =
eAt BB T eA t dt > 0
0
m
A jest stabilna.
Upraszczanie
modeli
Gramiany a stabilność
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
• ∀ (A, C) ∈ Rn×n × Rq×n (– para obserwowalna):
równanie
XA + AT X = −C T C
posiada jednoznaczne rozwiazanie
˛
Z ∞
T
X = Wo (A, C) =
eA t C T CeAt dt
0
m
A jest stabilna.
Upraszczanie
modeli
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Kryteria sterowalności i
obserwowalności
• ∀ (A, B) ∈ Rn×n × Rn×p ze stabilna˛ macierza˛ A:
(A, B) sterowalna
m
gramian sterowalności Wc (A, B) > 0.
• ∀ (A, C) ∈ Rn×n × Rq×n ze stabilna˛ macierza˛ A:
(A, C) obserwowalna
m
gramian obserwowalności Wo (A, Y ) > 0.
Upraszczanie
modeli
MC
Jednoznaczność rozwiazania
˛
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
• spectr A ∈ Cn×n = {λi }ni=1 oraz
spectr B ∈ Cm×m = {µi }m
i=1 :
• ∀ A, B oraz C ∈ Cn×m równanie Sylvestera
AX + XB = C
posiada jednoznaczne rozwiazanie
˛
X ∈ Cn×n
m
λi + µj 6= 0,
∀i ∈ {1, . . . , n},
∀j ∈ {1, . . . , m}.
Upraszczanie
modeli
MC
Jednoznaczność rozwiazania
˛
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
• spectr A ∈ Cn×n = {λi }ni=1 :
• ∀ A oraz C ∈ Cn×n równanie Lapunowa
AX + XAT = C
posiada jednoznaczne rozwiazanie
˛
X ∈ Cn×n
m
λi + λ̄j 6= 0,
∀i, j ∈ {1, . . . , n}.
Upraszczanie
modeli
lyap
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
• Rozwiazywanie
˛
równań Sylvestera
• X = lyap(A, B, C);
A, X – nxn, B – mxm oraz C – nxm:
AX+XB+C=0
Upraszczanie
modeli
Przykład 1
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
Przyjać
˛ zmienne stanu f1 i f2 oraz warunki poczatkowe:
˛
f1 (0) = 1, f2 (0) = 2
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Układ mechaniczny
Upraszczanie
modeli
MC
Przykład 1
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Równania różniczkowe:
B1 ż1 (t) + B2 ż1 (t) + k1 (z1 (t) − z2 (t)) = 0
k (z (t) − z1 (t)) + k2 (z2 (t) − z3 (t)) = 0
1 2
k2 (z3 (t) − z2 (t)) + B3 ż3 (t) = 0
f1 (t) = k1 (z1 (t) − z2 (t))
f2 (t) = k2 (z2 (t) − z3 (t))
Upraszczanie
modeli
MC
Przykład 1
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Równania różniczkowe:
f2 (t)
f1 (t)
+k2 B
k1 − B +B
1
2
2
ḟ1 = k1 − f1 (t) −
B
+B
k
+k
1
2
1
2
f1 (t)
f2 (t)
k1 − B1 +B2 +k2 B3
f2 (t)
−
ḟ
=
k
2
2
k
+k
B3
1
2
Upraszczanie
modeli
Przykład 1
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
k12
− B +B
1
2
1
− B k+B
− k1 +k2
1 2
A=
k1 k2
− B +B
1
k1 k2
B2
− k1 +k2
k22
B3
k1 +k2
2
k1 +k2
− Bk23
Dla k1 = k2 = k3 = 1, B1 = B3 = 1, B2 = 4
f (0) =
A=
1
2
−0.1000 −0.1250
−0.1000 −0.5000
Czy macierz A jest stabilna?
Upraszczanie
modeli
Przykład 1
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
ode45
2
1.5
f(t)
1
0.5
0
-0.5
0
10
20
30
40
50
t
60
70
80
90
100
60
70
80
90
100
ode23s
2
1.5
1
f(t)
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
0.5
0
-0.5
0
10
20
30
40
50
t
Rozwiazanie
˛
wzgledem
˛
czasu
ode45 -> size(T) = 109
ode23s -> size(T) = 58
Upraszczanie
modeli
Przykład 1
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Czy macierz A jest stabilna?
%wartości własne
>> d = eig(A)
-0.0709
-0.5291
% równanie Lapunowa
A=[-0.1000 -0.1250; -0.1000 -0.5000];
d = eig(Q)
0.5858
3.4142
X = lyap(A,Q)
16.7361
-1.3889
-1.3889
1.2778
>> eig(X)
1.1540
16.8599
Q = [3 1; 1 1];
Upraszczanie
modeli
Przykład 1
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Czy system jest obserwowalny dla podanej macierzy
wyjścia C?
C= 1 1
% macierz obserwowalności
>> Mo = obsv(A,C)
1.0000
1.0000
-0.2000
-0.6250
>> rank(Mo)
2
% gramian obserwowalności
sys1=ss(A,[],C,0);
go = gram(sys1,'o')
4.3889
0.6111
0.6111
0.8472
eig(go)
0.7447
4.4914
Upraszczanie
modeli
Przykład 1
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
Wyznaczanie funkcji f(t)
f (t) =
n
X
WiT f (0)eλi t Vi
i=1
W = (V −1 )T
V - macierz modalna
[V,D]=eig(A);
d = diag(D);
W = inv(V)';
a = W(:,1)*f0*V(:,1)
b = W(:,2)*f0*V(:,2)
%T1 - wektor chwil czasu dla których zostało wykonane
%całkowanie równania rózniczkowego np.: ode23s
xx3=zeros(2,size(T1,1));
for k=1:size(T1,1)
xx3(:,k)= a*exp(d(1)*T1(k)) +b*exp(d(2)*T1(k));
end
Upraszczanie
modeli
Przykład 1
MC
Modelowanie
’zdarzeń’:
piłka
ode23s i funkcja analityczna
2
KRYTRIA
STEROWALNOŚCI i
OBSERWOWALNOŚCI
1.5
f(t)
1
0.5
0
-0.5
0
10
20
30
40
50
t
60
70
Rozwiazanie
˛
wzgledem
˛
czasu
80
90
100
0
You can add this document to your study collection(s)
Sign in Available only to authorized usersYou can add this document to your saved list
Sign in Available only to authorized users(For complaints, use another form )