Irányításelmélet

Dr. Bokor, József

Dr. Gáspár, Péter

Dr. Szabó, Zoltán

A tananyag a TÁMOP-4.1.2.A/1-11/1-2011-0042 azonosító számú „ Mechatronikai mérnök MSc tananyagfejlesztés ” projekt keretében készült. A tananyagfejlesztés az Európai Unió támogatásával és az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

A kiadásért felel a(z): BME MOGI

Felelős szerkesztő: BME MOGI

ISBN 978-963-313-175-6

2014


Tartalom
1. Bevezetés
2. Mechanikai rendszerek modellezése fizikai elvek alapján
2.1. Modellezési elvek
2.2. Newton-Lagrange-Hamilton modellezés
2.3. Átviteli függvény
2.4. Modellezés mért jelek alapján
3. Rendszerek modellezése állapottérben
3.1. Az állapottér elmélet alapjai
3.1.1. Állapottér és átviteli függvény kapcsolata
3.1.2. Irányíthatósági állapottér reprezentációk
3.1.3. Megfigyelhetőségi állapottér reprezentációk
3.1.4. Diagonális állapottér reprezentációk
3.1.5. Állapottér transzformációk
3.2. Irányíthatóság és megfigyelhetőség
4. Rendszerek elemzése idő és frekvencia tartományban
4.1. Időtartományi elemzés
4.2. Frekvencia tartományi elemzés
5. Stabilitásvizsgálat
5.1. Rendszer stabilitása
5.1.1. Zárt rendszer stabilitása
5.1.2. Bode-stabilitási kritérium
6. Minőségi tulajdonságok elemzése
6.1. Minőségi jellemzők
6.1.1. Időtartományi jellemzők
6.1.2. Frekvencia tartományi jellemzők
6.2. Érzékenységfüggvény
6.3. Aszimptotikus jelkövetés
6.3.1. 1. eset: Egységugrás bemenetre adott válaszfüggvény
6.3.2. 2. eset: Egységsebesség bemenetre adott válaszfüggvény
6.4. Zavarkompenzálás
6.4.1. 1. eset: Arányos rendszer vizsgálata
6.4.2. 2. eset: Integráló rendszer vizsgálata
7. Bizonytalanságok modellezése
7.1. Bizonytalanságok modellezése
7.2. Bizonytalansági modellek
7.2.1. Nemmodellezett dinamika
7.2.2. Parametrikus bizonytalanság
7.3. M- struktúra
8. PID szabályozások tervezése
8.1. Tervezés frekvencia tartományban
8.2. PID struktúra
8.3. PID tervezési módszer
8.3.1. Zajszűrés
8.3.2. Referenciajel súlyozás
8.3.3. Beavatkozó telítődése
8.3.4. Tuningolás, hangolás
9. Irányítástervezés állapot-visszacsatolással
9.1. Pólusallokációs módszer
10. Lineáris kvadratikus szabályozótervezés
10.1. Lineáris kvadratikus regulátor
10.1.1. Véges horizontú LQR
10.1.2. Végtelen horizontú LQR feladat
10.1.3. Általános végtelen horizontú LQR feladat
10.2. Pólusok és zérusok
11. Megfigyelőtervezés és szeparációs elv
11.1. Tervezési feladat
11.2. Állapotmegfigyelő tervezése
11.3. Dinamikus állapotvisszacsatolás
12. H2 irányítások tervezése
12.1. Speciális irányítási feladatok
12.2. Teljes információs (FI) szabályozó
12.3. H2 optimális DF és OE szabályozók
12.4. Egyszerűsített OF optimális irányítás
13. Hinf. szabályozók tervezése
13.1. Véges horizontú FI feladat
13.2. Végtelen horizontú FI feladat
13.3. A OE feladat
13.4. Egyszerűsített kimenet visszacsatolásos feladat
14. Rekonfiguráló és hibatűrő irányítások tervezése
14.1. Robusztus stabilitás, robusztus performancia
14.2. Robusztus stabilitás vizsgálat
14.3. Kis erősítések tétele
14.4. Robusztus performancia analízis
14.5. Struktúrált bizonytalanság
14.6. Struktúrált szinguláris érték
14.7. Struktúrált szinguláris érték: analízis
14.8. Struktúrált szinguláris érték: szintézis
14.8.1. A iteráció
15. Nemlineáris irányítások
15.1. Stabilitás
15.2. Disszipatív rendszerek
15.3. Passzív rendszerek
15.4. Nemlineáris szabályozás
15.4.1. -disszipativitás
15.4.2. Nemlineáris feladat
15.4.2.1. Állapotvisszacsatolásos feladat
15.4.2.2. Kimenet visszacsatolásos feladat
15.5. Nemlineáris megfigyelők
15.5.1. Állapotfüggetlen Lyapunov függvények (SIELF)
15.5.2. Passzivitásos technika
15.5.3. Lipschitz nemlineáris rendszerek
16. Mintavételezett rendszerek irányítása
16.1. Diszkrét idejű szabályozás felépítése
16.2. Az egységugrásra ekvivalens diszkrét idejű állapottér reprezentáció
16.3. Diszkrét idejű rendszerek analízise
16.3.1. Diszkrét idejű rendszerek stabilitása
16.3.2. Állapotmegfigyelhetőség és rekonstruálhatóság
16.3.3. Állapot irányíthatóság és elérhetőség
16.4. Diszkrét idejű rendszerek irányítása és a Kalman-szűrő
17. Irányítási rendszerek implementálása, beágyazott rendszerek
17.1. Az implementálás alapfeladatai
17.1.1. Mérés, érzékelés
17.1.2. Beavatkozás
17.1.3. Irányítás
17.1.4. Detektálás
17.1.5. Kommunikáció
17.2. Beágyazott járműirányító rendszer
18. Irodalomjegyzék
Az ábrák listája
2.1. Kéttömegű lengőrendszer
2.2. Gépjármű felfüggesztés modellje
2.3. Identifikálandó modell
2.4. Zajjal terhelt modell
2.5. Mért bemenő és kimenő jelek
2.6. Becslési hiba elemzése
3.1. Lengő rendszer modellje
3.2. Átmeneti függvények különböző kezdeti értékek esetén
3.3. Az irányíthatósági alak illusztrációja
3.4. A diagonális alak illusztrációja
4.1. Lengőrendszer modellje
4.2. A 3.1 példa megoldása komplex pólusok esetén
4.3. A 3.1 példa megoldása valós pólusok esetén
4.4. Frekvencia függvény illusztrációja
4.5. 2TP tag frekvencia diagramjai valós pólusok esetén
4.6. 2TP tag frekvencia diagramjai komplex pólusok esetén
4.7. hatása a Bode diagramra
4.8. A 3.3 példa megoldása valós pólusok esetén
4.9. A 3.3 példa megoldása komplex pólusok esetén
5.1. Nyquist stabilitási kritérium
5.2. Nyquist stabilitási kritérium
5.3. Nyquist stabilitási kritérium
6.1. Időtartományi jellemzők
6.2. Időtartományi jellemzők
6.3. Időtartományi jellemzők
6.4. Időtartományi jellemzők
7.1. Példa egy felfüggesztési rendszer modellezésére
7.2. Az additív bizonytalanság struktúrája
7.3. Bizonytalanság a Nyquist diagramon
7.4. A multiplikatív bizonytalanság struktúrája
7.5. Bizonytalanság a Bode diagramon
7.6. Bizonytalanságok modellezése
7.7. A bizonytalan rugóállandó modellezése
7.8. A bizonytalan tömeg modellezése
7.9. struktúra
7.10. struktúra
8.1. Soros kompenzátor felépítése
8.2. Soros kompenzátor felépítése
8.3. Soros kompenzátor felépítése
8.4. PID szabályozó struktúrája
8.5. Arányos tag hatása
8.6. Arányos tag hatása
8.7. Arányos tag hatása
8.8. PID szabályozó struktúrája
8.9. Referenciajel súlyozás
8.10. Referenciajel súlyozás
8.11. Referenciajel súlyozás
8.12. Tuningolás, hangolás
9.1. A visszacsatolt (zárt) rendszer blokkdiagramja
10.1. A tervezés frekvencia tartományban
11.1. Állapotmegfigyelő
11.2. Állapotmegfigyelő
12.1. Általános rendszerstruktúra
12.2. DF zárt kör
12.3. DF transzformációja FI-be
12.4. felírása két alrendszerrel
14.1. struktúra
14.2. Kis erősités kapcsolat
14.3. Súlyozott kis erősités kapcsolat
14.4. Robusztus performancia es stabilitás
14.5. Robust performance analysis
14.6. Egy lengőrendszer dinamikájának modellezése
14.7. A parametrikus bizonytalanságok modellezése
14.8. Lengőrendszer modellezése parametrikus bizonytalanságokkal
14.9. Lengőrendszer modellje
14.10. Lengőrendszer modellje a bizonytalanságokkal
14.11. Parametrikus bizonytalanságok hatása a Bode diagramra
14.12. iteráció
16.1. Számítógéppel irányított rendszer blokkvázlata
16.2. A zérus és elsőrendű tartók működésének illusztrációja
16.3. Időben diszkrét és folytonos rendszer időtartományi görbéje
16.4. Folytonos és diszkrét idejű rendszerek pólusainak kapcsolata
17.1. Komplex rendszer moduljai
17.2. Jármű pozícióérzékelés és navigáció
17.3. Egyszerű beavatkozó szerv illusztrációja
17.4. Gépjármű fékrendszer illusztrációja
17.5. Gépjármű fékrendszer blokksémája
17.6. ESP működése
17.7. Egy reaktor sematikus ábrája
17.8. Az Ethernet megvalósítása
17.9. Beágyazott rendszer illusztrációja