Diskretne PID regulátory

45
Discrete-time controllers structures and tuning Š. Kozák 2000, Department of Automatic Control Systems Vienna TUniversity

Transcript of Diskretne PID regulátory

Page 1: Diskretne PID regulátory

Discrete-time controllersstructures and tuning

Š. Kozák 2000, Department of Automatic Control Systems

Vienna TUniversity

Page 2: Diskretne PID regulátory

PID regulátory – spätnoväzbové štruktúry

• Riadenie (CO) u(t) :Proportional gain

Integral gain Derivative gain

dt

deKdeKteKtu d

t

Ip )()()(0

Page 3: Diskretne PID regulátory

Proportional feedback gain KP

• Proportional control :

• Feedback control c(t) is linearly proportional to the error :

• Steady state error will decrease

• Faster response

• Too much gain will make the system unstable

)()( teKtu pp

Page 4: Diskretne PID regulátory

Integral feedback gain KI

• Integral control:

• Penalty on the past error

• Zero steady state error

• Destabilizing influence – It gets oscillatory as KI increases

deKtut

Ii 0

)()(

Page 5: Diskretne PID regulátory

Derivative feedback gain KD

• Derivative control:

• Stabilize the system: – reduce oscillatory behavior

• Create a damping effect in the system dynamics

• It makes system slow down

dt

deKtu DD )(

Page 6: Diskretne PID regulátory

Continuous regulator: principle of PID

set-point plant

commandvariable

Ki

Kp

Kd

d

ddt

PID

The proportional factor Kp generates an output proportional to the error, it requires a non-zero error to produce the command variable.

Increasing the amplification Kp decreases the error, but may lead to instability

The integral factor Ki produces a non-zero control variable even when the error is zero, but makes response slower.

The derivative factor Kd speeds up response by reacting to an error step with a control variable change proportional to the step.

error

process value

integral factor

derivative factor

proportional factor

measurement

Page 7: Diskretne PID regulátory

PID response

asymptotic error: proportional only

too much proportional factor: unstable

no remaining error, but sluggish response:

integral only

differential factorincreases responsiveness

Page 8: Diskretne PID regulátory

Performance specifications of the closed loop

system (step response)

• Steady state error:

• Maximum overshoot:

• Delay time:

• Rise time:

• Settling time:

Page 9: Diskretne PID regulátory

Digital control systemsDigital control systems

Digital realisation of an “analogue type” controller

ADC- Digital controller - DAC should behave the same as an analogue controller (e.g. PID type), which implies the use of a high sampling frequency (the algorithm implemented is very simple)

Bad use of the potentialities of the digital controller

SystemDigitalController

y(t)

Perturbations

et)yref(t) +-

DACADC

ek) u(k) u(t)

Ts

“Il ne suffit pas de mettre un TIGRE (microprocesseur ou DSP) dans son régulateur, il faut rajouter de l’intelligence”

Page 10: Diskretne PID regulátory

SystemDigitalController

y(t)

Perturbations

Yref(k)+-

DACe(k) u(k) u(t)

Ts

The sampling frequency is chosen in accordance with the bandwidth desired for the closed-loop systemIntelligent use of the “computer” : high sampling period and then implementation of complex algorithms requiring greater computation time.

Not only a copy of analogue control : BRAINWARE

The sampling frequency is chosen in accordance with the bandwidth desired for the closed-loop systemIntelligent use of the “computer” : high sampling period and then implementation of complex algorithms requiring greater computation time.

Not only a copy of analogue control : BRAINWARE

ADCy(k)

Discretized System

Digital control systemsDigital control systems

Discrete-time system models and digital control algorithms

y(k) = f[y(k-i), u(k-j)]or

G(z-1) = z -d B(z -1)/A(z -1)

Page 11: Diskretne PID regulátory

Choice of sampling frequencyChoice of sampling frequency

fs = 1/Ts = (6 to 25) * fCLB

fs : sampling period

fCLB : bandwidth of the closed-loop

system

fs = 1/Ts = (6 to 25) * fCLB

fs : sampling period

fCLB : bandwidth of the closed-loop

system

If fs is fixed => limit for fCLB ( fs /15 )

No more

Page 12: Diskretne PID regulátory

Diskrétne algoritmy riadenia

• Ideálne „textbook“ PID regulátory• Neideálne formy a opisy PID

regulátorov• Podmienky ekvivalentnosti spojitých a

diskrétnych PID regulátorov vzhľadom na periódu vzorkovania

• Rekurentné formy – diferenčné rovnice diskrétnych PID regulátorov

• PID regulátory s ohraničením riadiaceho zásahu

Page 13: Diskretne PID regulátory

dt

tdeTde

TteKtu d

t

i

)()(

1)()(

0

srs

rrsT

sTKsG d

iR 1

10)(

11)(

d

i

KTr

T

Kr

Kr

1

1

0

Neidealizovaný (reálny) PID regulátor obsahuje v derivačnej zložke oneskorovací člen (zabezpečujúci realizovateľnosť derivačnej zložky).

sT

sT

sTKsG

f

d

iR 1

11)(

Základné spojité formy PID regulátorov

Neideálna forma opisu PID (realizovateľná)

))(()( / fTt

f

d

i

edt

de

T

Tdte

TteKtu

1

ff =Td*(1/Tf*Dirac(t)-1/Tf2*exp(-t/Tf))

Page 14: Diskretne PID regulátory

Základné diskrétne formy opisu PID regulátora Prenosová funkcia diskrétneho regulátora v s a z-oblasti :

)()(

)()()(

)()(zE

zU

z

zqzqqzG

sE

sUsT

sTKsG Rd

iR

1

22

110

11

1

)()(

)()()(

)()(zE

zU

zpzp

zqzqqzG

sE

sU

sT

sT

sTKsG R

f

d

iR

22

11

22

110

111

1

s

sG

z

zzGGzG R

RTCR

)()()( 1

if

d

f

d

T

T

T

TDKq

T

TKq

21

1

11

0

fT

T

i

d

f

d

eD

DT

T

T

TKq

1

12 1)(

12

11 1

Dp

Dp

)2()1()()2()1()( 21021 keqkeqkeqkupkupku

)()()()()( 211 210 keqkeqkeqkuku

2.

1.

Page 15: Diskretne PID regulátory

)(

)()(

)()(

f

f

f

d

f

ff

f

d

f

f

d

f

d

f

d

iR

Ts

T

T

TL

Ts

TTs

T

TL

Ts

s

T

TL

sT

sTĹ

sE

sU

sT

sT

sTKsG

1

1

11

11

11

11

1

1111

ff =Td*(1/Tf*Dirac(t)-1/Tf2*exp(-t/Tf))

Doplnok :

Ako určiť originál k derivačnej zložke

Page 16: Diskretne PID regulátory

1. Ak nahradíme integrál v spojitej verzii sumou (obdlžníková náhrada) deriváciu diferenciou prvého rádu, potom v k-tom diskrétnom kroku riadiaci zásah je vyjadrený

kde P - je koeficient zosilnenia odpovedajúci proporcionálnemu zosilneniu spojitého PID regulátora, Ti – resp. Td sú koeficienty odpovedajúce integračnej resp. derivačnej časovej konštante spojitého regulátora

k

i

d

i

kekeT

Tie

T

TkeKku

1

11 )()()()()(

Rekurentný vzťah pre riadiaci zásah sa určí rozdielom u(k)-u(k-1)

1

1

21111k

i

d

i

kekeT

Tie

T

TkeKku )()()()()(

k

i

d

i

kekeT

Tie

T

TkeKku

1

11 )()()()()( k

k-1

)()()()()()()()()( 212111 kekeke

T

Tke

T

TkekeKkukuku d

i

- odčítaním

Základné diskrétne formy PID regulátorov (DPID)

Page 17: Diskretne PID regulátory

)()()()()(

)()()()()()()()()(

21211

212111

keT

TKke

T

T

T

TKke

T

TK

kekekeT

Tke

T

TkekeKkukuku

d

i

dd

d

i

q0 q1 q2

)()()()()( 211 210 keqkeqkeqkuku

q0 > 0

q1>- q0

-(q0+q1) < q2< q0

Podmienky ekvivalentnosti :

T

TKq d10

T

T

T

TKq d

i

211

T

TKq d2

Page 18: Diskretne PID regulátory

q0

u(k)

q0-q22q0+q1

t=kT

q0+q1 + q2

PCH - PID REGULÁTORA-PODM.EKVIVALENTNOSTI

q0 > 0

q1>-q0

-(q0+q1) < q2< q0

Page 19: Diskretne PID regulátory

K(1+cd)

u(k)

KK(1+ci)

t=kT

Kci

PCH - PID REGULÁTORA-PODM.EKVIVALENTNOSTI

cd > 0

ci > 0

ci < cd

Page 20: Diskretne PID regulátory

u(k)

q0

t=kT

PCH - PI REGULÁTORA-PODM.EKVIVALENTNOSTI

q0+q1

Page 21: Diskretne PID regulátory

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

()()()()()(

)(

)()()()(

)()(

212111

221212

1

11

1

kykykyT

TKke

T

TKkykyKku

kykwkykwkykwT

T

keT

T

kykwkykw

Kkuku

d

i

d

i

)()()()()(

)()()()()()()()()(

21211

212111

keT

TKke

T

T

T

TKke

T

TK

kekekeT

Tke

T

TkekeKkukuku

d

i

dd

d

i

w(k)=w(k-1)=w(k-2)

)]()()([)()]()([)()( 212111 kykykyT

TKke

T

TKkykyKkuku d

i

Iné formy a vyjadrenia diskrétneho PID regulátora

Takahashiho vzťah (feedforward forma diskrétneho PID-u):

Page 22: Diskretne PID regulátory

)()()]())()(

[()()(

)()(])())()(

[()()(

212

1011

12

0

2

1

1

1

kekeT

Tie

kee

T

TkeKku

kekeT

Tie

kee

T

TkeKku

dk

ii

dk

ii

T

Tke

T

T

T

Tke

T

T

T

TkeKkuku d

i

dd

i

)())(())(()()( 22

2112

11

q0 q1 q2

)()()()()( 211 210 keqkeqkeqkuku

-

2. Ak nahradíme integrál v spojitej verzii sumou (lichobežníková náhrada) deriváciu diferenciou prvého rádu, potom v k-tom a k-1 diskrétnom kroku riadiaci zásah je vyjadrený

T

T

T

TKq d

i210

i

d

T

T

T

TKq

2211

T

TKq d2

Page 23: Diskretne PID regulátory

)2()1()()( 210 keqkeqkeqku

)}2({)}1({)}({)}1({)}({ 210 keqZkeqZkeqZkuZkuZ

)()()()()( 22

110

1 zEzqzEzqzEqzUzzU

)()()1)(( 22

110

1 zEzqzqqzzU

)(

)(

)(

)(

1)(

1

22

110

zE

zU

zP

zQ

z

zqzqqzGR

Prenosová funkcia diskrétneho PID regulátora

Page 24: Diskretne PID regulátory

)()()()()( 211 210 keqkeqkeqkuku

0k1k

210210

210210

1010

0

111

23122

2011

00

qkkqqk qqqk u ku

qqq qqq u uk

qq qq u uk

quk

)(

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

)()(

)()(

)(

21 k pre k-uku )(

00 q0110010 0201 q qqqqqq uu )()(

102210 021 qq q alebo qq qk pre kuku )(

0210010 0 qqqqq qq

Podmienky ekvivalentnosti PID a PSD regulátora

Podmienky „ekvivalentnosti“:

00

011

kpre

kprekke )()(

Page 25: Diskretne PID regulátory

q0

u(k)

q0-q22q0+q1

t=kT

q0+q1 + q2

q0 > 0

q1>-q0

-(q0+q1) < q2< q0

Page 26: Diskretne PID regulátory

K

qqqK

qc

q

d

)(c

qK

210i

2

20

1

22

1101

1

1

1

21

1)(

)()1(

11

1

)12()1()(

z

zqzqq

ZE

zUzc

z

zcK

z

zczcccKzG

di

ddidR

T

Tc d

d dd

d KcT

TKK

ii T

Tc

ii

i KcT

TKK

Podmienky ekvivalentnosti PSD regulátora s PID regulátorom

diid cc 0c 0c

Iná ekvivalentná forma vyjadrenia diskrétneho PID regulátora

1

22

1101

1

1

1

21

1)(

)()1(

11

1

)12()1()(

z

zqzqq

ZE

zUzc

z

zcK

z

zczcccKzG

di

ddidR

(rkoz0)

Page 27: Diskretne PID regulátory

1

22

1101

1

1

21

11

11

1

1

121

z

zqzqq

ZE

zUzc

zcK

z

zczcccKzG

di

ddidR

)()(

)(

)()()(

Veľmi často sa odchýlka nahrádza e(k) e(k-1), čím sa dosahuje okamžité pôsobenie riadiaceho zásahu na proces. Táto zmena sa prejaví aj v prenosovej funkcii regulátora na integračnej zložke, ktorá neobsahuje v čitateli člen z-1.

)()()( 20 keqqkeKku p Integračná

zložka: 1111)( 210 k eqqqkukeKckuku iiii

)1()(1)( 2 keke q kecKkeKcku ddd

Riadiaci zásah podľa (rkoz0) je potom tvorený súčtom jednotlivých zložiek

)()(u(k)u)( ip kukku d

Derivačná zložka:

Proporcionálna zložka:

K

qqqK

qc

q

d

)(c

qK

210i

2

20

Paralelná forma diskrétneho PID regulátora:

Upravený tvar DPID

Page 28: Diskretne PID regulátory

Vynechávaním jednotlivých koeficientov qi, pre i=0,1,2 dostaneme rôzne štruktúry diskrétnych regulátorov.

Ak vo vzťahu (rkoz0) položíme q2=0, dostaneme prenosovú funkciu diskrétneho regulátora v tvare:

)(

)(

1)(

1

110

zE

zU

z

zqqzGR

Diskrétny regulátor opísaný vzťahom (rkoz1) voláme diskrétny regulátor prvého rádu (PS-regulátor).

Riadiaci zásah diskrétneho PI regulátora je vyjadrený diferenčnou rovnicou

)1()()1()( 10 keqkeqk u ku

)()())(( zUzzqqzE 1110 1

(rkoz1)

Podmienky ekvivalentnosti sú odvodené podobne ako u PID regulátora

0(0)(1) 0 q a uu0110 0 q q aleboqq

Page 29: Diskretne PID regulátory

u(k)

q0

t=kT

PCH - PI REGULÁTORA-PODM.EKVIVALENTNOSTI

q0+q1

Page 30: Diskretne PID regulátory

Iné vyjadrenie PS regulátora je možné pomocou koeficientov K, ci a cd. Pre q2=0 je zosilnenie K a koeficienty cd a ci vyjadrené

)(

0

10

0

qqKc

c

qK

i

d

0)(q 0K 0

0c i

Prenosová funkcia diskrétneho PI regulátora (DPI) použitím koeficientov K, ci :

)(

)(

1

)1(1)(

1

1

zE

ZU

z

zcKzG i

R

Riadiaci zásah

)1()1()()1()( kecKkKekuku i

Page 31: Diskretne PID regulátory

Diskrétny I regulátor získame ak položíme q0=0, q2=0. Prenosová funkcia diskrétneho I regulátora je v tvare:

Riadiaci zásah určíme z prenosovej funkcie

Ak položíme ci=0, dostaneme diskrétny PD regulátor s prenosovou funkciou:

)(

)(

1)(

1

11

zE

zU

z

zqzGR

)1()1()( 1 keqkuku

)1(1)(

)()( 11

20 zcK

zE

zUzqqzG dR

K

qc

qqK

d2

20 )(

0)( qzGR Prenosová funkcia diskrétneho P regulátora

Riadiaci zásah P regulátora: u(k) = q0e(k) ?

)()()()()()()()()( 2121111 kekeke

T

Tke

T

TkekePkukuku d

i

)]()([)()( 11 kekeKkuku

Page 32: Diskretne PID regulátory

Modifikácia PID regulátorov úpravou derivačného člena

• jednoduchá náhrada derivácie diferenciou prvého rádu vnáša nepresnosti do rekurzívnzych a nerekurzívnzych foriem PSD regulátorov a môže spôsobiť, že riadiaci zásah nadobúda veľké a prudké zmeny.

• Aby sa tomu predišlo, využíva sa náhrada derivácie priemernou hodnotou napr. zo štyroch hodnôt odchýlky:

• Ak použijeme nerekurzívnu formu PID regulátora, potom deriváciu nahradíme vzťahom:

4

)()1()2()3()(

4

1)(

3

kekekekeieke

k

kis

)( keT

T

dt

deT s

dd

T

keke

T

keke

T

keke

T

kekeT ssssd

5.1

)3()(

5.0

)3()(

5.0

)()1(

5.1

)()(

4

)]3()2(3)1(3)([6

kekekekeT

Td

pre rekurentnú formu: )4()3(2)2(6)1(2)([6

kekekekekeT

T

dt

deT d

d

Page 33: Diskretne PID regulátory

PID formy „neidealizovaného“ diskrétneho regulátora • Ak spojitý PID regulátor obsahuje v derivačnej

zložke oneskorovací člen, môžeme jeho diskrétny opis určiť niekoľkými spôsobmi. Prakticky sa

využívajú dva spôsoby prepočtu: • Prvý spôsob prepočtu je realizovaný na základe

určenia z-obrazu zo spojitého opisu, t.j.

s

sG

z

zzGGzG R

RTCR

)()()( 1

sT

sT

sTKsG

f

d

iR 1

11)(

sT

T

sTsLK

z

zKzG

fi

d

iR 1

1112

1)(

1

11

11

Dz

z

T

T

zT

TK

f

d

i

11

1

21

11

0

11

1

1

1

11

1211

11

11

zDz

zDT

T

T

Tz

T

T

T

TDz

T

TK

zD

z

T

T

z

z

T

TK

if

d

if

d

f

d

f

d

i

)(

)(

1 22

11

22

110

zE

zU

zpzp

zqzqq

11

1

21

11

0

11

1

1

1

11

1211

11

11

zDz

zDT

T

T

Tz

T

T

T

TDz

T

TK

zD

z

T

T

z

z

T

TK

if

d

if

d

f

d

f

d

i

)(

)(

1 22

11

22

110

zE

zU

zpzp

zqzqq

11

1

21

11

0

11

1

1

1

11

1211

11

11

zDz

zDT

T

T

Tz

T

T

T

TDz

T

TK

zD

z

T

T

z

z

T

TK

if

d

if

d

f

d

f

d

i

Page 34: Diskretne PID regulátory

11

1

21

11

0

11

1211

zDz

zDT

T

T

Tz

T

T

T

TDz

T

TK

zGif

d

if

d

f

d

R )()(

)(

1 22

11

22

110

zE

zU

zpzp

zqzqq

if

d

f

d

T

T

T

TDKq

T

TKq

21

1

11

0

fT

T

i

d

f

d

eD

DT

T

T

TKq

1

12 1)(

12

11 1

Dp

Dp

)2()1()()2()1()( 21021 keqkeqkeqkupkupku

Druhý spôsob výpočtu parametrov PID neideálneho diskrétneho PID regulátora môžeme určiť aproximatívnym spôsobom podľa Tustinového vzťahu.

)()(

112

zT

zs

sT

sT

sTKsG

f

d

iR 1

11)(

Dosadením za

)(

)(

1)(

22

11

22

11

zE

zU

zpzp

zqzqqzG o

R

Page 35: Diskretne PID regulátory

1

11110 21

)]21(5.0(21[

p

ppdp

c

ccccKq

1

1111 21

)](4[

p

dpp

c

cccKq

1

11112 21

15022

p

idip

c

ccccKq

].)([

T

Tc f

p 1

ii T

Tc 1

T

Tc d

d 1)21(4 111 pp ccp

1

12 21

12

p

p

c

cp

)(

)(

1)(

22

11

22

11

zE

zU

zpzp

zqzqqzG o

R

)2()1()()2()1()( 21021 keqkeqkeqkupkupku

Riadiaci zásah PID(NI) regulátora

Page 36: Diskretne PID regulátory

Typ Koeficienty PSD regulátora 2

21

10

22

110)(

zpzpp

zqzqqzGR

0q 1q 2q

0p 1p 2p

T

TK d1

i

d

T

T

T

TK 21

T

TK d PSD

(1) 1 1 1

T

T

T

TK d

i21

i

d

T

T

T

TK

2

21

T

TK d PSD

(2) 1 1 0

01

T

TK d

)/exp(

21

1

01

i

i

d

TTD

T

T

T

TDK

10

1 DT

T

T

TK

i

d

PSD

(3)

1 11 D 1D

1

1111

21

)21(2/)(21

p

pidp

c

ccccK

1

111

21

)(4

p

dpi

c

cccK

1

1111

21

12/2)2(

p

idip

c

ccccK

PSD (4)

TTcp /

1

01

ii

pp

TTc

cc

/

)21/(4

1

11

TTc

cc

dd

pp

/

)21/()12(

1

11

Page 37: Diskretne PID regulátory

Doplnok – kvalita regulácie frekvenčná oblasť

Page 38: Diskretne PID regulátory

Closed LoopClosed Loop

Open loop : system H(s) ; system with controller F(s).H(s)

Closed loop : HCL(s) = F(s).H(s) / [ 1 + F(s). H(s) G(s) ]

G(s)

SystemReg.

Transducer

F(s) H(s)

Yref Y

DisturbancesPerturbations

+-

Feed P

Steady state error : F(s) must contains the internal model of the reference (the transfer function that generates Yref(t) from the Dirac impulse ; e.g. step = (1/s) * Dirac ; ramp = (1/s2) * Dirac,...

Page 39: Diskretne PID regulátory

Closed Loop : Perturbation rejection

Closed Loop : Perturbation rejection

Perturbation-output sensitivity function :

Syp(s) = Y(s) / P(s) = 1 / [1 + F(s).H(s).G(s)]

Perturbation-output sensitivity function :

Syp(s) = Y(s) / P(s) = 1 / [1 + F(s).H(s).G(s)]

Perturbation rejection :

Syp(0) = 0 to get a perfect rejection of the perturbation insteady state (controller must contain the classes ofperturbation)

and|Syp() | < G ; [ Example : |Syp() | < 2 (6dB) ;

If the energy of the perturbation is concentrated in a given frequency band, the |Syp() | should be limited in this band.

Perturbation rejection :

Syp(0) = 0 to get a perfect rejection of the perturbation insteady state (controller must contain the classes ofperturbation)

and|Syp() | < G ; [ Example : |Syp() | < 2 (6dB) ;

If the energy of the perturbation is concentrated in a given frequency band, the |Syp() | should be limited in this band.

Page 40: Diskretne PID regulátory

Controller DesignController Design

In order to design and tune a controller :1) To specify the desired control loop performances

Regulation and tracking : rise time and max overshoot or bandwidth and resonance

2) To choose a suitable controller design method

3) To know the dynamic model of the plant to be controlled => control model

In order to design and tune a controller :1) To specify the desired control loop performances

Regulation and tracking : rise time and max overshoot or bandwidth and resonance

2) To choose a suitable controller design method

3) To know the dynamic model of the plant to be controlled => control model

Control model :- Non parametric models : e.g. frequency response, step response,…- Parametric models : e.g. transfer function, differential eq., state eq.

To get the model :- knowledge type model (based on the physic laws) ; used for plant simulation and design- identification models (from experimental data)

Page 41: Diskretne PID regulátory

Continuous - time Models : Frequency Domain

Continuous - time Models : Frequency Domain

Linear system

Systemu(t) = ejt

u(t) = est

y(t) = G(j) . ejt

y(t) = G(s) . est

or f

20.log(|G|)Gain

Phase

or fdeg

Bode Diagram

x

xx o

Root locus : poles and zeroes

Nyquist, Nichols,...

Note:State EquationDifferential Eq.Transfer function Observability, Controlablity

Page 42: Diskretne PID regulátory

Continuous - time Models : Time responsesContinuous - time Models : Time responses

Response of a dynamic system for a step input

t

Final Value(Steady state)

Maximum overshoot (M)

tR

ts

0.9 FV

tR : Rise Time ; define as the time needed to attain 90% of the final value ; or as the time needed for the output to pass from 10 to 90% of the final valuetS : Settling Time ; define as the time needed for the output to reach and remain within a tolerance zone around the final value (±10%, ± 5%, ±1%,…)FV : Final Value ; a fixed output value obtained for t M : Maximum Overshoot ; expressed as a percentage of the final value

Example : 1st OrderH(s) = G/(1+sT)FV = GtR = 2.2 TtS = 2.2 T (for 10% FV)tS = 3 T ( for 5% FV)M = 0

Page 43: Diskretne PID regulátory

Continuous - time Models : Frequency responses

Continuous - time Models : Frequency responses

fB : Bandwidth ; the frequency from which the zero-frequency (steady state) gain G(0) is attenuated by more than 3 dB ; G(wB) = G(0) - 3dB or G(wB) = 0.707 . G(0)

fC : Cut-off frequency ; the frequency from which the attenuation is more than N dB ; G(wC) = G(0) - NdB

Q : Resonance factor ; the ratio between the gain corresponding to the maximum of the frequency response curve and the value G(0)

fB : Bandwidth ; the frequency from which the zero-frequency (steady state) gain G(0) is attenuated by more than 3 dB ; G(wB) = G(0) - 3dB or G(wB) = 0.707 . G(0)

fC : Cut-off frequency ; the frequency from which the attenuation is more than N dB ; G(wC) = G(0) - NdB

Q : Resonance factor ; the ratio between the gain corresponding to the maximum of the frequency response curve and the value G(0)

20 log[ H(jw) ]

w= 2 p f

Resonance

- 3 dB

wB

(fB)wC

(fC)

(p - m) x 20 dB/dec

Nb of polesNb of zeroes

N dB

Page 44: Diskretne PID regulátory

Reciprocity : Time / FrequencyReciprocity : Time / Frequency

- 3 dB

fB = 1/(2 T)

fB 0.35 / tR

0.1

0.9

tR = 2.2 T

time

frequency

Page 45: Diskretne PID regulátory

Closed Loop : MarginsClosed Loop : Margins

Im H(j)

-1

Re H(j)

1/G

Gain Margin : DG = 1 / |H(jw180)| for F(w180) = -180Typical : G 2 (6dB) [min: 1.6 (4dB)]

Gain Margin : DG = 1 / |H(jw180)| for F(w180) = -180Typical : G 2 (6dB) [min: 1.6 (4dB)]

Phase Margin : = 180 - (cr) for |(jcr) = 1cr : crossing pulsation

Typical : 30 60

Phase Margin : = 180 - (cr) for |(jcr) = 1cr : crossing pulsation

Typical : 30 60

cr

Delay Margin : = 0.cr

additional delay that could be tolerate by the open loop system without instability for the closed loop system

Delay Margin : = 0.cr

additional delay that could be tolerate by the open loop system without instability for the closed loop system

Module Margin : M = |1 + H(j)|min = |S-1

yp(j)|min

Measure of perturbation rejection and robustness of non linearity and time variable parametersTypical : M 0.5 (-6dB) [min: 0.4 (-8dB)]

Module Margin : M = |1 + H(j)|min = |S-1

yp(j)|min

Measure of perturbation rejection and robustness of non linearity and time variable parametersTypical : M 0.5 (-6dB) [min: 0.4 (-8dB)]