Vođeni sustav aproksimiramo prijenosnom funkcijom prvog reda s kašnjenjem

Cilj: Naučiti Kalmanov postupak ukoliko se kontinuirani dio sustava koji se vodi aproksimira prijenosnom funkcijom prvog reda s kašnjenjem.

Kazali smo da je to jedan od standardnih načina modeliranja sustava koji se vodi i da su ga koristili još Ziegler-Nichols kod podešavanja PID regulatora metodom reakcijske krivulje. Prijenosna funkcija sustava koji se vodi je oblika:

    (5.2.84)

a impulsna prijenosna funkcija ekvivalentnog sustava:

    (5.2.85)

Nije ispunjen uvjet p1+p2=1 pa trebamo primijeniti normiranje (pojačanje sustava Km prebacujemo u nazivnik). Prema (5.2.80) i (5.2.82) uz dodavanje kašnjenja N polinomu P(z) koji sada glasi:

      (5.2.86)

 dobijemo:

      (5.2.87)

Impulsna prijenosna funkcija regulatora se dobije uvrštavanjem ovih vrijednosti u (5.2.76):

    (5.2.88)

Primjer:

Ponovo egzotermički reaktor aproksimiran matematičkim modelom:

L=2.3 pa je N=2 i a=0.7. Pojačanje K=-0.0103 i τ=12.55. Za T=1 imamo:

pa su koeficijenti:

i impulsna prijenosna funkcija regulatora

Odziv prikazuje slika 5.2.31.

Slika 5.2.31. Egzotermički reaktor vođen Kalmanovim regulatorom i njegov upravljački signal za sustav prvog reda s kašnjenjem (sinteza-Kalman.vsm)

Skoro pa idealni odziv. Regulator smo projektirali uz zahtjev da izlaz u dva diskretna trenutka dođe do konačne vrijednosti, a on je došao već za jedan diskretni trenutak, naravno nakon kašnjenja. I upravljački signal s početne vrijednosti u0 odmah skače na konačnu uk. Nema međuvrijednosti u1 - razlog je taj što se radi o sustavu prvog reda za koga je b2 =0.



Napomena: Usporedimo li odziv i upravljački signal Kalmanovog regulatora i 'deadbeat' regulatora za cjelobrojno kašnjenje sustava (slika 5.2.28) uočit ćemo da su skoro identični (uzme li se u obzir da je tamo kašnjenje L=2, a ovdje L=2.3). Iz toga se vidi da je Kalmanov regulator samo modifikacija 'deadbeat' regulatora. Pogledamo li impulsne  prijenosne funkcije regulatora, uočiti ćemo da se razlikuju nazivnici. Sve je ostalo identično. Kod Kalmana je uzeta u obzir korekcija zbog kašnjenja koje nije cjelobrojno, a kod originalnog 'deadbeat' regulatora nije. Zato je i vođenje sustava koji ima kašnjenje L=2.3 Kalmanovim regulatorom puno bolje od vođenja 'deadbeat' regulatorom koji prikazuje slika 5.2.27.

Slijedi situacija kada vođeni sustav aproksimiramo prijenosnom funkcijom drugog reda s kašnjenjem.