41
SISTEMI AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA

SISTEMI AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA 5.pdfKontrolabilnost sistema 5 Da bi sistem preveli iz stanja x 0 u stanje x 1, potrebno je riješiti gornji sistem jednačina. Odnosno, prvo treba

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

  • SISTEMI AUTOMATSKOG

    UPRAVLJANJA

  • Predavanje 5

    Ishodi učenja:

    Nakon savladavanja gradiva sa ovog predavanja studenti će moći da:

    v Razumiju koncepte kontrolabilnosti i opservabilnosti

    v Ispitaju kontrolabilnost i opservabilnost sistema koristeći

    različite kriterijume

    v Shvate koncept stabilnosti - jedne od najznačajnih osobina

    SAU-a

    v Ispitaju apsolutnu stabilnost sistema koristeći Rausov kriterijum

    2

    Osobine SAU-a: kontrolabilnost,

    opservabilnost i stabilnost

  • Kontrolabilnost sistema

    Posmatrajmo LTI sistem opisan u prostoru stanja:

    Drugim riječima treba da postoji u(t) takav da važi:

    Posmatrajući izraz iznad, uočava se da kontrolabilnost zavisi samo od

    matrica A i B. Naš zadatak je da ispitamo koji uslov treba da zadovolje

    matrice A i B, tako da gornja jednačina uvijek bude zadovoljena.

    3

    Za LTI sistem kažemo da je potpuno kontrolabilan (upravljiv) ako postoji

    upravljački signal u(t) takav da pomjeri sistem iz bilo kog početnog stanja

    x(t0)=x0 u željeno stanje x(t1)=x1 za neko konačno vrijeme t1-t0.

    0( ) ( ) ( ), (0)

    ( ) ( ) ( )

    t t t

    t t t

    x Ax Bu x x

    y Cx Du

    1

    ( )

    0 1

    0

    ( )

    t

    t te e d A A

    x Bu x

  • Kontrolabilnost sistema

    4

    Za izvođenje uslova kontrolabilnosti koristićemo Cayley-Hamiltonovu

    teoremu, na osnovu koje se može tvrditi da se prozivoljna matrična

    funkcija može napisati kao linearna kombinacija njenih eksponentata do

    (n-1)-og stepena:

    Uvrštavanjem gornjeg izraza u izraz za jednačine stanja x, dobija se

    Posljednja jednakost se može zapisati u matričnom obliku:

    1

    1

    1 0 0 1 1

    0

    ( ) ( ) ... ( ) ( )

    t

    At n

    ne d

    x x I A A Bu

    1

    0 1 1( ) ( ) ... ( )n

    ne

    AI A A

    0

    11

    1 0

    1

    | | ... |...

    At n

    n

    r

    re

    r

    x x B AB A B

    1

    1

    1

    0 0

    0

    1 1

    0

    1 1

    0

    ( ) ( ) ,

    ( ) ( ) ,

    ( ) ( )

    t

    t

    t

    n n

    r d

    r d

    r d

    u

    u

    u

  • Kontrolabilnost sistema

    5

    Da bi sistem preveli iz stanja x0 u stanje x1, potrebno je riješiti gornji

    sistem jednačina. Odnosno, prvo treba naći vektor r, a zatim poznavajući

    r1, r2,.. r2 odrediti upravljanje u(t).

    Međutim, u ovom kursu nas ne interesuje pronalaženje upravljanja u(t)

    koje prevodi sistem iz nekog početnog u željeno stanje, već nas samo

    zanima pod kojim uslovima to upravljanje postoji.

    Prethodna jednačina ima jedinstveno rješenje jedino pod uslovom da je

    matrica K invertabilna.

    0

    11

    1 0

    1

    | | ... |...

    At n

    n

    r

    re

    r

    x x B AB A B Kr

    1 11

    1 0 1 0

    t te e

    A Ax x Kr r K x x

  • Kontrolabilnost sistema

    6

    Drugim riječima, sistem je potpuno kontrolabilan ako važi sljedeće:

    Ako je rank(K) = n – p, onda da sistem ima n-p kontrolabilnih stanja.

    Preostalih p stanja nije kontrolabilno, što znači da na njih ne možemo

    direktno ili indirektno da utičemo ulaznim signalom ili su ona linearna

    kombinacija preostalih n-p kontrolabinih stanja.

    Iako se u ovom kursu nećemo baviti dizajnom regulatora u vremenskom

    domenu, treba naglasiti da je kontrolabilnost sistema od krucijalna

    važnosti za mnoge upravljačke probleme, koji se upravo rješavaju

    projektovanjem u vremenskom domenu.

    1( ) rank | | ... | nrank n K B AB A B

    det( ) 0K

  • Primjer 1 - kontrolabilnost sistema

    7

    Da li je sistem zadat u prostoru stanja matricama A, B, C i D kontrolabilan?

    5 1 2

    , , 1 22 0 5

    A B C

    2 15

    det( ) det | det 975 11

    K B AB

    A=[-5 -1;3 1];

    B=[2;5];

    K=[B A*B]

    K =

    2 -15

    5 11

    det(K)

    1/s

    1/s

    5

    3

    2

    5

    u(t)

    2

    y(t)

    -

    -

    +

    +

    ++

    +

    +

    1x

    2x

    1x

    2x

    Posmatrajući kvazi-analogni dijagram sa slike

    uočava se da između stanja x1, x2 i ulaza postoji

    direktna veza, što znači da je sistem

    kontrolabilan.

    Napomena: veza može biti i indirektna. Odnosno

    ulaz može da upravlja stanjem x2 preko stanja x1.

  • Primjer 2 - kontrolabilnost sistema

    8

    Da li je sistem zadat u prostoru stanja matricama A, B, C i D kontrolabilan?

    5 1 2

    , , 1 20 1 0

    A B C

    2 10

    det( ) det | det 00 0

    K B AB

    A=[-5 -1;0 1];

    B=[2;0];

    K=[B A*B]

    det(K)

    rank(K)

    ans =

    1

    Rang matrice K je jednak 1, što znači da sistem

    ima jedno upravljivo i jedno neupravljivo stanje.

    Sa kvazi-analognog blok dijagrama se vidi da

    stanje x2 nije upravljivo.

    1/s

    1/s

    5

    2

    u(t)

    2

    y(t)

    -

    -

    +

    +

    +

    1x

    2x

    1x

    2x

  • Primjer 3 - kontrolabilnost sistema

    9

    Da li je sistem zadat u prostoru stanja matricama A, B, C i D kontrolabilan?

    5 0 2

    , , 1 20 5 10

    A B C

    2 10

    det( ) det | det 010 50

    K B AB

    A=[-5 0;0 -5];

    B=[2;4];

    K=[B A*B]

    det(K)

    rank(K)

    ans =

    1

    Posmatrajući kvazi-anlogni dijagram vidi se ulaz

    utiče na obje promjenljiive, međutim one nijesu

    linearno nezavisne. U svakom trenutku x2=5x1,

    što znači ne postoji ulaz koji sistem može

    prevesti u bilo koje željeno stanje.

    1/s

    1/s

    5

    2

    10

    u(t)

    2

    y(t)

    -+

    +-

    +

    +

    1x

    2x

    1x

    2x

    5

  • Primjer 4 - kontrolabilnost sistema

    10

    Da li su električni sistemi sa slike kontrolabilni?

    Za električno kolo na slici lijevo, stanje x nije kontrolabilno. Most se nalazi u

    ravnoteži, te je napon (x) uvijek jednak nuli, bez obzira na promjene ulaznog

    napona. Kolo na slici desno takođe nije potpuno kontrolabilno. Stanja x1 i x2 su

    uvijek jednaka, jer su vrijednosti otpornika i kondenzatora jednake. Oba kola bi

    bila kontrolabilna da bar jedan otpornik/kondenzator ima drugu vrijednost.

    +

    1 1

    1 1

    E+ -

    x

    +

    1F

    1 1

    E

    +

    -1x

    1F+

    - 2x

  • Opservabilnost sistema

    Neka je LTI sistem u prostoru stanja zadat jendačinama:

    Drugim riječima, postavlja se pitanje pod kojim uslovima možemo

    odrediti x(0) ako mjerimo izlazni signal u trenucima t1, t2,... tn?

    Izlazni signal iz sistema je jednak:

    11

    Za LTI sistem kažemo da je potpuno opservabilan (osmotriv) ukoliko je na

    osnovu mjerenja izlaznog vektora y(t) u nekom konačnom intervalu t1-t0 moguće

    rekonstruisati vektor početnih stanja x0.

    0( ) ( ) ( ), (0)

    ( ) ( ) ( )

    t t t

    t t t

    x Ax Bu x x

    y Cx Du

    1

    ( )

    0

    0

    ( ) ( ) (t)

    t

    t ty t e e d u A A

    C x C Bu D

  • Opservabilnost sistema

    12

    Izlazni signal iz sistema u trenutku t je jednak:

    Ako se gornja jednačina zapiše za n trenutka vremena, dobija se sljedeći

    sistem jednačina:

    1

    ( )

    0

    0

    ( ) ( ) ( ).

    t

    t ty t e e d u t A A

    C x C Bu D

    1

    1

    2

    2

    ( )

    1 0 1

    0

    ( )

    2 0 2

    0

    ( )

    0

    0

    ( ) ( ) ( )

    ( ) ( ) ( )

    ...

    ( ) ( ) ( )n

    n

    t

    t t

    t

    t t

    t

    t t

    n n

    y t e e d u t

    y t e e d u t

    y t e e d u t

    A A

    A A

    A A

    C x C Bu D

    C x C Bu D

    C x C Bu D

  • Opservabilnost sistema

    13

    Ako se lijeva strana jednačine označi sa odgovarajućim qi, a sa desne

    strane matrica razvije u polinom koristeći Cayley-Hamiltonovu

    teoremu, može se zapisati sljedeće:

    1

    1

    2

    2

    ( )

    1 1 0

    0

    ( )

    2 2 0

    0

    ( )

    0

    0

    ( ) ( ) ( )

    ( ) ( ) ( )

    ...

    ( ) ( ) ( )n

    n

    t

    tt

    t

    tt

    t

    tt

    n n

    y t e d u t e

    y t e d u t e

    y t e d u t e

    AA

    AA

    AA

    C Bu D C x

    C Bu D C x

    C Bu D C x

    1 0 1 1 1 1 1

    2 0 2 1 2 1 2

    -1

    0 1 1

    ( ) ( ) ... ( )

    ( ) ( ) ... ( )(0)

    ... ... ... ... ... ...

    ( ) ( ) ... ( )

    N

    N

    n

    n n n n n

    q t t t

    q t t t

    q t t t

    C

    CAx

    CA

    iteA

    1 1

    0

    x O Λ q

  • Opservabilnost sistema

    14

    Nas trenutno ne zanima način pronalaženja vektora x0, već samo po pod

    kojima je to moguće odraditi.

    Prethodna jednačina ima jedinstveno rješenje jedino pod uslovima da je

    matrica O invertabilna. Drugim riječima, sistem je poptuno opservabilan

    ako važi sljedeće:

    Ako je rank(O) = n – p onda sistem ima n-p opservabilnih stanja.

    Preostalih p stanja nije opservabilno, što znači ona nemaju direktnu ili

    indirektnu vezu sa izlazom ili su ona linearna kombinacija preostalih n-p

    opservabilnih stanja.

    1

    ( ) rank( ) rank | C | ... |NT T T T T Trank n

    O O C A A C

    det( ) 0O

    1 1

    0

    x O Λ q

  • Primjer 1 - opservabilnost sistema

    15

    Da li je sistem zadat u prostoru stanja matricama A, B i C opservabilan?

    5 1 2

    , , 1 22 0 5

    A B C

    1 1det( ) det | det 1

    2 1

    T T T

    O C A C

    A=[-5 -1;2 0];

    C=[1 2];

    O=[C' A'*C']

    O =

    1 -1

    2 -1

    det(O)

    1/s

    1/s

    5

    3

    2

    5

    u(t)

    2

    y(t)

    -

    -

    +

    +

    ++

    +

    +

    1x

    2x

    1x

    2x

    Posmatrajući kvazi-anlogni dijagram vidi se

    između x1, x2 i izlaza postoji direktna veza, što

    znači da je sistem opservabilan.

    Napomena. Veza može biti i indirektna, odnosno

    x2 može da bude povezan na izlaz preko x1, i

    obrnuto.

  • Primjer 2 - opservabilnost sistema

    16

    Da li je sistem zadat u prostoru stanja matricama A, B i C opservabilan?

    5 1 2

    , , 0 20 1 1

    A B C

    0 0det( ) det | det 1

    1 1

    T T T

    O C A C

    A=[-5 -1;0 1];

    C=[0 1];

    O=[C' A'*C']

    det(O)

    rank(O)

    ans =

    1

    Rang matrice O je jednak 1, što znači da sistem

    ima jedno opservabilno i jedno neopservabilo

    stanje. Sa dijagrama se vidi da stanje x1 nije

    opservabilno.

    1/s

    1/s

    5

    2

    u(t)

    2

    y(t)

    -

    -

    + 1x

    2x

    1x

    2x+

    +

  • Primjer 3 - opservabilnost sistema

    17

    Da li je sistem zadat u prostoru stanja matricama A, B i C opservabilan?

    5 0 2

    , , 1 20 5 10

    A B C

    2 10

    det( ) det | det 010 50

    K B BA

    A=[-5 0;0 -5];

    B=[2;4];

    K=[B A*B]

    det(K)

    rank(K)

    ans =

    1

    1/s

    1/s

    5

    2

    10

    u(t)

    2

    y(t)

    -+

    +-

    +

    +

    1x

    2x

    1x

    2x

    5

    Posmatrajući kvazi-anlogni dijagram vidi su na

    izlaz povezane obje promjenljiive. Međutim,

    kako je u svakom trenutku x2=5x1 sistem nije

    poptuno opservabilna (stanja su linearno

    zavisna).

  • Primjer 4 - opservabilnost sistema

    18

    Da li su električni sistemi sa slike opservabilni, ako kao izlaz posmatramo napon

    na kondenzatoru?

    Za električno kolo na slici lijevo, jedino je stanje x2 opservabilno. Njega svakako

    direktno mjerimo, jer je izlaz jednak naponu. Stanje x1 nije opservabilno, jer izlaz

    (x2) zavisi samo od ulaza, tj. od struje I. Sa druge strane, kod elektičnog kola na

    slici desno oba stanja su opservabilna, jer se oba utiču na izlaz koji se mjeri.

    1 1F+

    - 2x

    +

    E

    1H

    1x

    11 1F+

    - 2xI

    1H

    1x

    1

  • Kontrolabilnost i opservabilnost

    19

    O kontrolabilnosti i opservabilnosti se može zaključiti i u s-domenu.

    1( ) ( )G s s C I A B D

    Ukoliko prilikom računanja funkcije prenosa dođe do skraćivanja nula i

    polova tada sistem nije potpuno kontrolabilan ili opservabilan!

  • Stabilnost dinamičkih sistema

    Posmatrajmo nelinearni sistem opisan vektorskom diferencijalnom

    jednačinom:

    Ekvilibrijumom ili ravnotežnim stanjem se zove ona tačka u n-

    dimenzionalnom prostoru stanja u kojoj je prvi izvod promjenljivih stanja

    jedak nuli:

    Drugim riječima, ako se sistem nađe u tački xe, tu će i ostati. Sistem može

    da ima više ekvilibrijuma.

    Kada posmatramo sistem,

    20

    ( ) ( ( )), ( ) .t f t t x x u 0

    ( , ) ( ) 0e

    ef t t x xx x

  • Stabilnost dinamičkih sistema

    21

    Za ekvilibrijum nelinearnog sistema kažemo da je stabilan ukoliko važi

    sljedeće:

    Drugim riječima, za svaku malu promjenu, sistem se uvijek vraća u

    okolinu ravnotežnog stanja. Za ekvilibrijum nelinearnog sistema kažemo

    da je asimptotski stabilan ukoliko važi sljedeće:

    odnosno ukoliko se za svaku malu promjenu uvijek vraća u ravnotežno

    stanje. Konačno, za ekvilibrijum nelinearnog sistema kažemo da je

    globalno stabilan ukoliko važi sljedeće:

    tj. ukoliko se za svaku promjenu uvijek vraća u isto ravnotežno stanje.

    || (0) || ( 0) || ( ) || .e et t x x x x

    || (0) || ( 0) || ( ) || 0,e et t x x x x

    ( 0) || (0) || lim || ( ) || 0,e et

    t

    x x x x

  • Primjer – klasifikacija ekvilibirjuma

    22

    Zamislite loptu koja može da se kreće po nacrtanoj površini. Klasifikujte

    ekvilibrijume.

    Ekvilibrijum 1 je asimptotski stabilan, jer ukoliko malo pomjerimo loptu, ona će

    se vratiti u početno stanje. Ekvilibrijum 2 je nestabilan, jer mala promjena

    položaja lopte dovešće do divergencije od početnog stanja. Ekvilibrijum 3 je

    stabilan, ali ne i asimptotski, jer za malu promjenu položaja lopta ostaje u okolini

    početnog stanja. Konačno, ekvilibrijum 4 na slici desno je globalno stabilan, jer za

    bez obzira na promjenu položaja lopte, ona će se uvijek vratiti u početno stanje.

    4

    1

    2

    3

  • Primjer – ekvilibrijumi klatna

    23

    Modelovati klatno prikazano na slici, a zatim naći stacionarne tačke.

    Diferencijalna jednačina klatna ima sljedeći oblik (b – koeficijent trenja):

    Uvođenjem smjena , dobija se model u

    prostoru stanja:

    Izjednačavajući izvode sa nulom, za F=0, dobijaju se stacionarne tačke:

    θ l

    F

    mg

    22

    2sin ,

    dJ b mgl Fl J ml

    dt

    1 2

    2 1sin

    x x

    F gx x

    ml l

    1 2,x x

    1 1

    2 2

    1 2

    1 2

    0

    0,

    s s

    s s

    x x

    x x

    stacionarne tačke

    (ravnotežna stanja)

    posmatramo za F=0!

    Stabilni ekvilibrijum

    Nestabilni ekvilibrijum

    Upravljanjem nestabilni sistemi mogu da se ustabile!

  • Primjer – ekvilibrijumi klatna

    24

    Na slici je prikazana trajektorija klatna u prostoru stanja za početni ugao 2π/3 i nultu

    početnu brzinu. Može se uočiti da se za date početne uslove klatno kreće ka tački (0,0).

    Strelice pokazuju putanje klatna za razne početne uslove. Kao što se vidi sve trajektorije

    konvergiraju ka tački (0,0). Specijalno, sistem se može zadržati u tački (π, 0), ali mala

    peturbacija bi ga promjerila iz tog stanja i dovela u stanje (0,0).

  • Stabilnost LTI sistema

    LTI sistemi imaju jedan ekvilibrijum, zbog čega se govori o stabilnosti

    stistema, a ne samo o stabilnosti ekvilibrijuma:

    Gornja jednačina je homegena, te ima samo trivijalno rješenje x(t)=0.

    Vi[edefinicija stabilnosti!

    BIBO (Bounded Input Bounded Output) – sistem je stabilan ako je za bilo

    koji ograničeni ulazni signal izlazni signal takođe ograničen

    Potrebno je ovu definicuju zapisati u obliku koji je pogodan za analitičko

    ispitivanje stabilnosti sistema!

    25

    ( ) | ( ) | ( )( ) | ( ) |t u t M N t y t N

    ( ) ( )t t x Ax 0

  • Stabilnost LTI sistema

    26

    LTI sistemi mogu da budu stabilni, marginalno stabilni ili nestabilni. Ako

    je stistem stabilan za bilo koje početne uslove promjenljive stanja će

    konvergirati ka nuli. Kod nestabilnih sistama promjenljive stanja

    konvergiraju ka beskonačnosti. Kod marginalno stabilnih sistema

    promjenljive stanja osiciluju ili su konvergiraju ka nekim konstantama.

  • Stabilnost LTI sistema

    27

    Odziv LTI sistema čiji je impulsni odziv g(t) je jednak:

    Prema BIBO definiciji treba da bude zadovoljeno sljedeće:

    Slijedi, da bi sistem bio stabilan, impulsni odziv treba da bude apsolutno

    integrabilan:

    0

    ( ) ( ) ( )y t g u t d

    0 0 0

    | ( ) | ( ) ( ) | ( ) || ( ) | | ( ) |y t g u t d g u t d M g d

    0

    | ( ) |g t dt

  • Stabilnost LTI sistema

    28

    Za LTI sisteme dovoljan je i sljedeći uslov stabilnosti

    Stabilnost sistema se može dovesti u vezu sa položajem polova funkcije

    prenosa sistema u s-ravni:

    Polovi funkcije prenosa mogu biti: čisto realni, čisto imaginarni,

    kompleksni, pri čemu posebno treba posmatrati pol koji leži u

    koordinatnom početku. Svi polovi mogu biti jednostruki ili višestruki.

    1

    1 1 0

    1

    1 1 0

    ...( )

    ...

    m m

    m m

    n n

    n

    b s b s b s bG s

    s a s a s a

    lim ( )t

    g t

  • Stabilnost LTI sistema

    29

    Funkcija prenosa ima određen broj svih vrsta polova, te se može rastaviti

    na parcijalne razlomke:

    Impulsni odziv sistema je jednak inverznoj Laplasovoj transformaciji

    funkcije prenosa, odnosno njenih parcijalnih razlomaka. Da bi sistem bio

    stabilan impuslni odziv svakog sabirka mora biti apsolutno integrabilan.

    1

    1 1 0

    1

    1 1 0

    2 2 2 2 2 2

    ...( )

    ...

    ( ) ( ) [( ) )]i i i

    m m

    m m

    n n

    n

    i i i i

    a b c dM N Pi

    b s b s b s bG s

    s a s a s a

    A B C s D D

    s s s s

  • Stabilnost sistema

    30

    lim 0, 0tt

    e za

    lim , 0t

    te za

    Vrsta pola F(s) f(t)

    Realan i prost, s 1

    s

    te

  • Stabilnost sistema

    31

    Vrsta pola F(s) f(t)

    Realan i višestruk,

    s

    1

    ( )ks

    1k tt e

    1lim 0, 0k tt

    t e za

    1lim , 0k t

    tt e za

  • Stabilnost sistema

    32

    1 1sin( )t

    1

    lim sin( )k

    t

    tt

    Vrsta pola F(s) f(t)

    Čisto kompleksan i prost,s j

    2 2

    1

    s

    1sin( )t

    Čisto kompleksan i

    višestruk, s j 2 21

    ( )ks

    1

    sin( )kt

    t

  • Stabilnost sistema

    33

    Vrsta pola F(s) f(t)

    Komplekan i prost, s j

    2 2

    1

    ( )s

    1sin( )ate t

    1lim sin( ) 0, 0tt

    e t za

    1lim sin( ) , 0tt

    e t za

  • Stabilnost sistema

    34

    Vrsta pola F(s) f(t)

    Kompleksan i višestruk, s j

    2 2

    1

    s

    1

    sin( )kt

    t

    1

    lim sin( ) 0, 0k

    t

    tt za

    1

    lim sin( ) , 0k

    t

    tt za

  • Stabilnost sistema

    35

    Vrsta pola F(s) f(t)

    U koordinatom početku i

    prost, s=0

    1

    s ( )h t

    U koordinatom početku i

    višestruk, s=0

    1ks

    11

    ( 1)!

    ktk

    lim ( ) 1t

    h t

    11

    lim( 1)!

    k

    tt

    k

  • Stabilnost LTI sistema

    36

    Na osnovu definicije stabilnosti u vremenskom domenu i prethodno

    izloženih karakterstičnih impulsnih odziva u zavisnosti od polova sistema,

    može se dati sljedeća definicija:

    Neki primjeri nestabilnih sistema:

    Primjeri stabilnih sistema:

    Primjeri sistema na granici stabilnosti:

    Potreban i dovoljan uslov da kontinualni LTI sistem bude stabilan jeste da

    svi njegovi polovi leže u lijevoj poluravni s ravni, odnosno da realni

    djelovi svih njegovih polova budu negativni. Ukoliko sistem ima konačan

    broj jednostrukih polova koji leže na imaginarnoj osi, tada se za sistem

    kaže da je na granici stabilnosti. Konačno, ako sistem ima bar jedan pol

    koji leži u desnoj poluravni s-ravni ili bar jedan višestruki pol koji leži na

    imaginarnoj osi, onda se za njega može reći da je nestabilan.

  • Rausov kriterijum stabilnosti

    Dakle, da bi sistem bio stabilan potrebno je riješiti karakterističnu

    jednačinu sistema:

    Ukoliko svi polovi (korijeni) sistema imaju negativan realni dio, onda

    možemo zaključiti da je sistem stabilan. Rausov kriterijum stabilnosti

    omogućava ispitivanje stabilnosti sistema bez rješavanja karakteristične

    jednačine. Na osnovu koeficijenata karakteristične jednačine formira se

    Rausova tabela. Prva kolona iz Rasuove tabele se zove Rausova kolona i

    na osnovu nje se zaključuje o stabilnosti sistema.

    37

    Da bi sistem bio stabilan dovoljan uslov je da su svi koeficijenti u

    Rasuovoj koloni istog znaka. Broj nestabilnih polova jednak je broju

    promjena znaka u Rausovoj koloni. Ukoliko svi koeficijenti istog znaka,

    pri čemu su neki jednaki nuli, onda se sistem nalazi na granici

    stabilnosti.

    1 1

    1 1 0( ) ... 0.n n

    n nf s a s a s a s a

  • Rausova tabela se formira na sljedeći način. Naprije se popunjavaju prva i

    druga vrsta Rausove tabele i to na osnovu koeficijenata karakteristične

    jednačine. Ostale vrste se računaju na osnovu formula datih ispod.

    Rausov kriterijum stabilnosti

    38

    sn an an-2 an-4 …

    sn-1 an-1 an-3 an-5 …

    sn-2 b1 b2 b3 …

    sn-3 c1 c2 c3 …

    … … … … …

    1 2 3 1 4 51 2

    1 1

    1 3 1 2 1 5 1 31 2

    1 1

    , ,...

    , ,...

    n n n n n n n n

    n n

    n n n n

    a a a a a a a ab b

    a a

    b a a b b a a bc c

    b b

    Rausova kolona

  • Rausova tabela se formira na sljedeći način. Naprije se popunjavaju prva i

    druga vrsta Rausove tabele i to na osnovu koeficijenata karakteristične

    jednačine. Ostale vrste se računaju na osnovu formula datih ispod.

    Rausov kriterijum stabilnosti

    39

    sn an an-2 an-4 …

    sn-1 an-1 an-3 an-5 …

    sn-2 b1 b2 b3 …

    sn-3 c1 c2 c3 …

    … … … … …

    1 2 3 1 4 51 2

    1 1

    1 3 1 2 1 5 1 31 2

    1 1

    , ,...

    , ,...

    n n n n n n n n

    n n

    n n n n

    a a a a a a a ab b

    a a

    b a a b b a a bc c

    b b

    Rausova kolona

  • Ispitati stabilnost sistema čija je karakteristična jednačina:

    Primjer - Rausov kriterijum stabilnosti

    40

    s4 1 4 2

    s3 4 7 0

    s2 9/4 2 0

    s1 15/9 0 0

    s0 2 0 0

    Rausova kolona

    4 3 2( ) 4 4 7 2f s s s s s

    Sistem je stabilan jer nema promjena znaka u Rasovoj koloni.

    1

    1 4 4 4 1 7 9

    4 7 4 4b

    2

    1 2 4 2 1 02

    4 0 4b

    1

    4 7 9 / 4 7 4 3 63 / 4 12 15

    9 / 4 3 9 / 4 9 / 4 9c

    1

    9 / 4 22

    15 / 9 0d

  • Ispitati stabilnost sistema čija je karakteristična jednačina:

    Primjer - Rausov kriterijum stabilnosti

    41

    s4 1 4 2

    s3 7 4 0

    s2 24/7 2 0

    s1 -1/12 0 0

    s0 2 0 0

    Rausova kolona

    4 3 2( ) 7 4 4 2f s s s s s

    Sistem je nestabilan i ima dva nestabilna pola, jer postoje dvije promjena znaka u

    Rasovoj koloni.

    1

    1 4 7 4 1 4 24

    7 4 7 7b

    2

    4 2 4 2 4 02

    4 0 4b

    1

    7 4 24 / 7 4 7 2 2 / 7 1

    24 / 7 2 24 / 7 24 / 7 12c

    1

    24 / 7 22

    1/12 0d