Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) 26 oktober 2010 van 14:00 tot 17:00 uur

Vergelijkbare documenten
Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) 29 januari 2009 van 14:00 tot 17:00 uur

Schriftelijke zitting Regeltechniek (WB2207) 3 november 2011 van 9:00 tot 12:00 uur

Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) 31 januari 2008 van 9:00 tot 12:00 uur

Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) 31 oktober 2006 van 14:00 tot 17:00 uur

Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) Oefententamen

Figuur 1: Blok-schema van een DC motor, a) Geef de overdrachtsfuntie G(s) = T(s)/V(s). Schrijf G(s) in de vorm K B(s) A( s

1. Een magnetische levitatie systeem is schematisch weergegeven in figuur 1. r-- ~ rail

Figuur 1: Laag-doorlaat. /j Res +1. b) Veronderstel de tijdsconstante van 2 seconden. Ret inputsignaal U1 (t), in Volt, is de functie:

Hertentamen Lineaire Schakelingen (EE1300)

Tentamen Lineaire Schakelingen, 2 e deel (EE1300-B)

Elektronische basisschakelingen Oefenzitting 3.

Examen Regeltechniek Take Home derde examenperiode

Tentamen Systeemanalyse (113117)

Meet- en Regeltechniek

Deeltentamen Meet en Regeltechniek 14 juni 1996

Deeltentamen Lineaire Schakelingen (EE1300), deel B

Tentamen Inleiding Meten Vakcode 8E april 2009, uur

Meet- en Regeltechniek

Regeltechniek. Les 6: Het wortellijnendiagram. Prof. dr. ir. Toon van Waterschoot

Regeltechniek Oefeningenbundel

Oplossing. Vraag 1. De hoogte h(t) van het waterniveau wordt gegeven door. A met D(t) in [m³/s], h in [m] en A = 2m². Gegeven: D(t) = 6 (t-3)

Oplossingen tentamen Systeemanalyse voor BMT (8E030) 26 januari 2007

0.1. INVLOED VAN DE K-WAARDE OP DE STABILITEIT VAN GESLOTEN KETENS Invloed van de K-waarde op de stabiliteit van gesloten ketens

II: De proportionele regelaar

Tentamen Lineaire Schakelingen (EE1300)

Tentamen Inleiding Meten Vakcode 8E april 2009, uur

Notebook-tentamen Systeem- en Regeltechniek 1 (113115)

Systeem 2 wordt beschreven door de differentiaalvergelijking y y x

Meet- en Regeltechniek

Uitwerkingen Tentamen Gewone Differentiaalvergelijkingen

Klassieke en Kwantummechanica (EE1P11)

Hoofdstuk 3 Het wortellijnendiagram

Uitwerking studie stimulerende toets Embedded Signal Processing (ESP)

z 1 Dit tentamen bestaat uit zes opgaven (50 punten) Opgave 1 (8 punten) Gegeven het volgende systeem:

Meet- en Regeltechniek

VOORBLAD SCHRIFTELIJKE TOETSEN

Netwerkanalyse, Vak code Toets 2

opgave 1. (2 pt) kies het juiste antwoord; motiveer kort je antwoord s b) de overdrachtsfunctie van een systeem is H( s) =

Meet- en Regeltechniek

Tent. Elektriciteitsvoorziening I / ET 2105

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Uitwerking van het tentamen Inleiding Signalen (2Y490) op 15 augustus 2003

Fysische Chemie en Kinetiek

Voorblad bij Tentamen

Technische Universiteit Delft. ANTWOORDEN van Tentamen Gewone differentiaalvergelijkingen, TW2030 Vrijdag 30 januari 2015,

EXAMENFOLDER maandag 26 januari 2015 OPLOSSINGEN. Vraag 1: Een gelijkstroomnetwerk (20 minuten - 2 punten)

2 de Bachelor IR 2 de Bachelor Fysica

Derde serie opdrachten systeemtheorie

Meet- en Regeltechniek

Toets 1 IEEE, Modules 1 en 2, Versie 1

Hertentamen Lineaire Schakelingen (EE1C11)

==== Technische Universiteit Delft ==== Vermeld rechts boven uw werk Instellingspakket Toegepaste Mechanica

Fysische Chemie en Kinetiek

Functies van één veranderlijke

Dit tentamen bestaat uit vier opgaven verdeeld over drie bladzijden. U heeft drie uur de tijd.

Deeltentamen A+B Netwerkanalyse

Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET2405-D2) 25 augustus 2008, 14:00 17:00 uur. [Nienke, gefeliciteerd met je verjaardag!]

Een snelheid (dimensie m/s) wordt gegeven door de formule v(t) = A (t-3). Teken deze snelheid in functie van de tijd. Welke dimensie heeft A?

Tentamen Inleiding Meten en Modelleren Vakcode 8C120 7 april 2010, uur. Het gebruik van een (grafische) rekenmachine is toegestaan.

TENTAMEN Versterkerschakelingen en Instrumentatie (EE1C31)

0.25x. Het buitengebied - vanuit elk punt kun je twee raaklijnen tekenen - bevat twee oplossingen. De parabool zelf staat voor één oplossing.

EE 2521: Digitale Signaalbewerking

Stelsels lineaire differentiaalvergelijkingen (homogeen)

Opgave 1 Golven op de bouwplaats ( 20 punten, ) Een staalkabel met lengte L hangt verticaal aan een torenkraan.

z-transformatie José Lagerberg November, 2018 Universiteit van Amsterdam José Lagerberg (FNWI) z-transformatie November, / 51

3. Bepaal de convergentie-eigenschappen (absoluut convergent, voorwaardelijk convergent, divergent) van de volgende reeksen: n=1. ( 1) n (n + 1)x 2n.

n 2 + 2n + 4 3n 2 n + 4n n + 2n + 12 n=1

Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET2405-D2) 30 maart 2009, 14:00 17:00 uur

Grafieken 1. a) de snijpunten met de x-as. b) het snijpunt met de y-as. c) de coördinaten van de top.

TENTAMEN DYNAMICA (140302) 29 januari 2010, 9:00-12:30

Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET2405-D2) 18 juni 2007, 14:00 17:00 uur

Tentamen optimaal sturen , uur. 4 vraagstukken

1. Opgave. We gebruiken de bilineaire transformatie om een digitaal laagdoorlaatfilter H(z) te ontwerpen met de volgende parameters:

Uitwerking notebook tentamen Systeem- en Regeltechniek 1 ( )

Solid Mechanics (4MB00) Toets 2 versie 1

6.0 Differentiëren Met het differentiequotiënt bereken je de gemiddelde verandering per tijdseenheid.

TENTAMEN WISKUNDIGE BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN

Uitwerking notebook tentamen Systeem- en Regeltechniek 1 (113115)

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Tentamen Elektronische Schakelingen (ET1205-D2)

WISB134 Modellen & Simulatie. Lecture 11 - Dynamica van lineaire differentiaalvergelijkingen in twee dimensies

Theory DutchBE (Belgium) Niet-lineaire dynamica in elektrische schakelingen (10 punten)

Opgaven elektrische machines ACE 2013

Laplace vs. tijd. netwerk. Laplace. getransformeerd. netwerk. laplace. laplace getransformeerd. getransformeerd. ingangssignaal.

Examen G0O17D Wiskunde II (6sp) maandag 10 juni 2013, 8:30-12:30 uur

168 HOOFDSTUK 5. REEKSONTWIKKELINGEN

Technologie: TI-Nspire CX CAS Niveau: beginner

Signalen en Transformaties

1. Gegeven een Lineair Stationair Systeem in continue-tijd. Als aan het systeem het ingangssignaal

Voorbeeldtentamen Wiskunde B

Tentamen ELEKTRISCHE OMZETTINGEN (et2 040)

Solid Mechanics (4MB00) Toets 2 versie 4

Examen HAVO. wiskunde B. tijdvak 1 woensdag 14 mei uur

Lineaire Algebra voor W 2Y650

Oefenopgaven 1 Devices Opgave 1.1

1.1 Lineaire vergelijkingen [1]

Op het tijdstip t = 5 wordt de schakelaar in de v(t) bovenste stand gebracht, zodat plots een stroom van 4A door de spoel loopt. 4A stroombron 0,5H

Tentamen Analyse 4. Maandag 16 juni 2008, uur

UITWERKINGSFORMULIER. Tentamen CTB1110 CONSTRUCTIEMECHANICA 1 3 november :00 12:00 uur (180 min)

Trillingen en geluid wiskundig

Transcriptie:

Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) 26 oktober 2010 van 14:00 tot 17:00 uur Onderstaande aanwijzingen nauwkeurig lezen. Vul op het voorblad uw naam, voorletters, studienummer en opleiding in. Dit tentamen bestaat uit 5 vraagstukken. Lees iedere vraag goed alvorens te antwoorden. Bij elke vraag staat het maximaal te behalen aantal punten aangegeven (totaal = 180). De puntentelling wordt lineair afgebeeld op de cijferschaal 1 t/m 10. Het is niet toegestaan om boeken en oude tentamens te gebruiken. Het gebruik van uw eigen handgeschreven notes, college en instructie sheets is wel toegestaan. Het antwoord van elk vraagstuk dient in het bijbehorende kader te worden ingevuld. Bij de beoordeling van het werk telt de uitkomst van een opgave slechts mee wanneer deze is voorzien van een motivering die tot de uitkomst heeft geleid. Praat nooit met uw buurman om welke reden dan ook: het tentamen wordt in dit geval meteen ingenomen. Tip: begin met vragen waar u snel de oplossing van kunt vinden. Veel succes! Achternaam: Voorletters: Studienummer: Opleiding: Delft University of Technology, Delft Center for Systems and Control, Mekelweg 2, Delft

1. Beschouw een elektromechanisch systeem van een generator en een vliegwiel, die worden aangedreven met een extern koppel T ext, zoals schematisch weergegeven in figuur 1. Figuur 1: Een generator met een vliegwiel. De dynamica van het systeem kan worden beschreven door de volgende differentiaalvergelijking: J θ(t) =T ext (t) K2 r R θ(t) met J =0.25 kg m 2 en R = 200 ohm. a) Geef de overdrachtsfunctie G(s) van de input T ext naar de output ω = θ en bepaal de waarde van K r zo dat de tijdsconstante van het systeem 0.5 seconden bedraagt. (13 p) G(s) = Ω(s) T ext (s) = K r = Berekening / motivering: Schriftelijk tentamen Systeem- en Regeltechniek, 26 oktober 2010 1

b) Schets de responsie van het systeem in het tijdsdomein wanneer de input T ext een stapfunctie is van grootte 2. Label de assen, geef de tijdsconstante en de steady-state waarde van ω aan in de schets. (7p) Responsie schets: c) Stel dat we het systeem nu gaan regelen met een regelaar C(s) = U(s) E(s) = s +15 s +2 met E(s) =R(s) Y (s). Geef de gesloten-lus overdrachtsfunctie G c (s) van de reference R(s) naar de output Y (s) (de hoeksnelheid Ω(s)). Bepaal vervolgens de relatieve demping en de eigenfrequentie van het gesloten-lus systeem. (15 p) G c (s) = ω n = ζ = Berekening / motivering: 2 Schriftelijk tentamen Systeem- en Regeltechniek, 26 oktober 2010

d) We zetten nu een stapfunctie met grootte 2 op de reference R(s). Schets de responsie van het systeem in het tijdsdomein en geef duidelijk de overshoot M p,desettling time t s en de rise time t r aan in de schets. (9p) Schets van de gesloten-lus responsie: e) Bepaal het type van het systeem (geregeld met de regelaar gegeven onder vraag 1c), en bereken met behulp van de eindwaardestelling de steady-state regelfout e ss voor r(t) =2.NB:desteady-state waarde is gedefinieerd als e ss = lim t e(t). (10 p) Type van het systeem = e ss = Berekening / motivering: Schriftelijk tentamen Systeem- en Regeltechniek, 26 oktober 2010 3

2. Gegeven is het volgende open-lus systeem: G(s) = 50 (s +3)(s 2 +4s +4) a) Ontwerp een PD regelaar D(s) =K p (1 + T d s) zodat het geregelde systeem aan de volgende eisen voldoet: een cross-over frequentie van ω c =4rad/s een fase marge van PM = 45 Laat alle stappen uit je berekening zien. (22 p) K p = T d = Berekening / motivering: 4 Schriftelijk tentamen Systeem- en Regeltechniek, 26 oktober 2010

b) Hieronder is een Nyquist-plot weergegeven van K p G(s) met K p =1voor positieve ω. Maak de Nyquist-plot compleet voor alle waarden van ω (, ). Geef de richting van stijgende ω aan. Pas het Nyquist criterium toe. Is het gesloten-lus systeem stabiel? (8p) 3 2.5 2 1.5 Z = Im K p G(jω) 1 0.5 0 0.5 1 P = N = 1.5 2 Stabiel? 2.5 3 2 1 0 1 2 3 4 5 Re K p G(jω) c) Schets de Nyquist-plot van K p G(s) met K p =3voor alle waarden van ω (, ). Pas het Nyquist criterium toe. Is het gesloten-lus systeem stabiel? (8p) 12 10 8 Im K p G(jω) 6 4 2 0 2 4 6 8 Z = P = N = Stabiel? 10 12 4 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Re K p G(jω) Schriftelijk tentamen Systeem- en Regeltechniek, 26 oktober 2010 5

3. Gegeven is het volgende open-lus systeem: 1 G(s) = s(s 2 +5s +6) Voor dit systeem wordt een regelaar D(s) ontworpen in de gesloten-lus configuratie zoals aangegeven in figuur 2. Rs () + - Es () Us () Ds () Gs () Ys () Figuur 2: Blok-schema van de gesloten lus. a) Veronderstel een proportionele regelaar D(s) =K p,metk p > 0. Geef de geslotenlus karakteristieke vergelijking in de root-locus vorm en schets de bijbehorende root locus. Geef de richting van stijgende K p aan. Bespreek hoe de stabiliteit van het gesloten-lus systeem wordt beïnvloed door K p. (13 p) Karakteristieke vergelijking: Root-locus : Is het gesloten-lus systeem stabiel voor alle K p > 0? Motiveer uw antwoord. 6 Schriftelijk tentamen Systeem- en Regeltechniek, 26 oktober 2010

b) Veronderstel nu de volgende regelaar D(s) = K p (s +1)(s +4),metK p > 0. Geef de gesloten-lus karakteristieke vergelijking in de root-locus vorm en schets de bijbehorende root locus. Geef de richting van stijgende K p aan. Bespreek hoe de prestatie van het gesloten-lus systeem wordt beïnvloed door K p. (17 p) Karakteristieke vergelijking: Root-locus : Is het gesloten-lus systeem stabiel voor alle K p > 0? Hoe wordt de prestatie van het gesloten-lus systeem beïnvloed door K p? Schriftelijk tentamen Systeem- en Regeltechniek, 26 oktober 2010 7

4. Gegeven is de volgende overdrachtsfunctie: G(s) = 50(s +2)(s +3) 6s 2 (s +5) Schrijf de overdrachtsfunctie eerst om in de standaard vorm voor het tekenen van een Bode diagram. Bereken de polen, nulpunten en geef de bijbehoorende frequenties van de kantelpunten (breakpoints). Teken vervolgens nauwkeurig de asymptoten voor zowel de magnitude als de fase plot. Label de assen en geef in de magnitude plot de helling van de asymptoten aan. De werkelijke kromme hoeft niet getekend te worden. (24 p) G(jω)= Polen, nulpunten en frequenties van de kantelpunten: Magnitude [db] Frequency [rad/s] Phase [deg] Frequency [rad/s] 8 Schriftelijk tentamen Systeem- en Regeltechniek, 26 oktober 2010

5. Een systeem is beschreven door een model in de toestandsvorm: ẋ(t) = ( 2 2 0 1 ) ( 0 x(t)+ 10 ) u(t) y(t) = ( 1 1 ) x(t) a) Bereken de overdrachtsfunctie van dit systeem. (12 p) G(s) = Y (s) U(s) = Berekening / motivering: b) Dit systeem wordt geregeld door middel van een twee-graden-van-vrijheid toestandsregelaar (two-degree-of-freedom state-feedback controller) u(t) = Kx(t)+K ff r(t), met r(t) de referentie voor de uitgang. Bereken de feedback versterkingsvector K =[k 1 k 2 ] en de feedforward versterking K ff zodanig dat de stationaire versterking (DC gain) vang cl (s) = Y (s) gelijk is aan 2 en dat de gesloten-lus polen gelijk R(s) zijn aan 10 en 1. (22 p) Schriftelijk tentamen Systeem- en Regeltechniek, 26 oktober 2010 9

K = K ff = Berekening / motivering: Einde tentamen 10 Schriftelijk tentamen Systeem- en Regeltechniek, 26 oktober 2010