30
เรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ แกไข 12 มกราคม 2548 หนา 1 240-209 : Steady-State Errors Chapter 8 Steady-State Errors

Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 1240-209 : Steady-State Errors

Chapter 8

Steady-State Errors

Page 2: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 2240-209 : Steady-State Errors

Outline

1 Definition2 Test input 2.1 Step function 2.2 Ramp function 2.3 Parabola function3 Steady-state errors4 Steady-state errors for disturbances

Page 3: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 3240-209 : Steady-State Errors

Definition and test input

R(s) E(s) C(s)G(s)

H(s)

+-

e ∞= limt∞

e t

e t =L−1[E s ]

Page 4: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 4240-209 : Steady-State Errors

Page 5: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 5240-209 : Steady-State Errors

Steady-state error

Step input

Page 6: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 6240-209 : Steady-State Errors

Ramp input

Steady-state error

Page 7: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 7240-209 : Steady-State Errors

Closed-loop control system error

(a) general representation;(b) representation for unity feedback systems

Page 8: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 8240-209 : Steady-State Errors

Steady-State Error for Unity Feedback Systems

E s = R s 1G s

e ∞= limt∞

e t =lims 0

sE s

Page 9: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 9240-209 : Steady-State Errors

Step input

e ∞=e step ∞=lims 0

s 1 /s 1G s

= 11lim

s0G s

e ∞ 0 When lims 0

G s =∞

Page 10: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 10240-209 : Steady-State Errors

Ramp input

When

e ∞=e ramp ∞=lims 0

s 1/ s21G s

= 1lims 0

sG s

e ∞ 0 lims 0

sG s =∞

Page 11: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 11240-209 : Steady-State Errors

Parabolic input

When

e ∞=e para ∞=lims 0

s 1/s31G s

= 1lims 0

s2G s

e ∞ 0 lims 0

s2G s =∞

Page 12: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 12240-209 : Steady-State Errors

Static Error Constants and System type

Position constant, Kp

K p=lims 0

G s

Velocity constant, Kv

Acceleration constant, Ka

K v=lims 0

sG s

K a=lims 0

s 2G s

Page 13: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 13240-209 : Steady-State Errors

Feedback control system for definingsystem type

Page 14: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 14240-209 : Steady-State Errors

Page 15: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 15240-209 : Steady-State Errors

Steady-State Error Specifications

If a control system has the specification Kv=1000, we can draw a conclusions :1. The system is stable.2. The system is of type 1.3. A ramp input is the test signal.4. The steady-state error between the input ramp and the output ramp is 1/Kv per unit of input slope.

Page 16: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 16240-209 : Steady-State Errors

Steady-state Error for Disturbances

Feedback control system showing disturbance

Page 17: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 17240-209 : Steady-State Errors

System rearranged to show disturbanceas input and error as output, with R(s) = 0

Page 18: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 18240-209 : Steady-State Errors

Forming an equivalent unity feedback system from a general nonunity feedback system

Steady-state Error for Non-unity Feedback Systems

Page 19: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 19240-209 : Steady-State Errors

G(s) = G1(s)G2(s)H(s) = H1(s)/G1(s)

When

Page 20: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 20240-209 : Steady-State Errors

Page 21: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 21240-209 : Steady-State Errors

Page 22: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 22240-209 : Steady-State Errors

Page 23: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 23240-209 : Steady-State Errors

Nonunity feedback control system withdisturbance

Page 24: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 24240-209 : Steady-State Errors

Sensitivity

SF : P= lim P0

Fractional change in the function , FFractional change in the parameter , P

= lim P0

F / FP / P

= lim P 0

PFFP

S F : P=PF F P

Page 25: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 25240-209 : Steady-State Errors

Example (Nise) Calculate the sensitivity of the closed-loop transfer function to changes in parameter “a”

Page 26: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 26240-209 : Steady-State Errors

Steady-state Error for System in State space

x=A xB ry=C x

E s =R s [1−C sI−A −1B ]

lims 0

sE s =lims 0

sR s [1−C s I−A −1 B ]

Page 27: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 27240-209 : Steady-State Errors

Example (Nise) Find the steady-state errors for inputs of 5u(t), 5tu(t) and 5t2�u(t) of the system shown below.

Page 28: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 28240-209 : Steady-State Errors

Example (Nise) Find the steady-state errors for inputs of 5u(t), 5tu(t) and 5t2�u(t) of the system shown below.

Page 29: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 29240-209 : Steady-State Errors

Example (Nise) Find the value of K so that there are 10% error in the steady state for the system shown below.

Page 30: Chapter 8 Steady-State Errorsfivedots.coe.psu.ac.th/Software.coe/240-209/Slides/... · 2006-11-17 · 240-209: Steady-State Errors ผเรยบเรยง ธเนศ เคารพาพงศ

ผ��เร�ยบเร�ยง ธเนศ เคารพาพงศ� แก�ไข 12 มกราคม 2548 หน�า 30240-209 : Steady-State Errors

Example (Nise) Find the steady-state error for a unit step input of the system shown below.