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演習問題2 以下のような特性方程式を有するシステムの安定判別を行います.
みなさん,こんにちは おかしょです. 制御工学において,システムを安定化できるかどうかというのは非常に重要です. 制御器を設計できたとしても,システムを安定化できないのでは意味がありません. システムが安定となっているかどうかを調べるには,極の位置を求めることでもできますが,ラウス・フルビッツの安定判別を用いても安定かどうかの判別ができます. この記事では,そのラウス・フルビッツの安定判別について解説していきます. この記事を読むと以下のようなことがわかる・できるようになります. ラウス・フルビッツの安定判別とは何か ラウス・フルビッツの安定判別の計算方法 システムの安定判別の方法 この記事を読む前に この記事では伝達関数の安定判別を行います. 伝達関数とは何か理解していない方は,以下の記事を先に読んでおくことをおすすめします. ラウス・フルビッツの安定判別とは ラウス・フルビッツの安定判別とは,安定判別法の 「ラウスの方法」 と 「フルビッツの方法」 の二つの総称になります. ラウスの安定判別法 安定限界. これらの手法はラウスさんとフルビッツさんが提案したものなので,二人の名前がついているのですが,どちらの手法も本質的には同一のものなのでこのようにまとめて呼ばれています. ラウスの方法の方がわかりやすいと思うので,この記事ではラウスの方法を解説していきます. この安定判別法の大きな特徴は伝達関数の極を求めなくてもシステムの安定判別ができることです. つまり,高次なシステムに対しては非常に有効な手法です. $$ G(s)=\frac{2}{s+2} $$ 例えば,左のような伝達関数の場合は極(s=-2)を簡単に求めることができ,安定だということができます. $$ G(s)=\frac{1}{s^5+2s^4+3s^3+4s^2+5s+6} $$ しかし,左のように特性方程式が高次な場合は因数分解が困難なので極の位置を求めるのは難しいです. ラウス・フルビッツの安定判別はこのような 高次のシステムで極を求めるのが困難なときに有効な安定判別法 です. ラウス・フルビッツの安定判別の条件 例えば,以下のような4次の特性多項式を持つシステムがあったとします. $$ D(s) =a_4 s^4 +a_3 s^3 +a_2 s^2 +a_1 s^1 +a_0 $$ この特性方程式を解くと,極の位置が\(-p_1, \ -p_2, \ -p_3, \ -p_4\)と求められたとします.このとき,上記の特性方程式は以下のように書くことができます.
これでは計算ができないので, \(c_1\)を微小な値\(\epsilon\)として計算を続けます . \begin{eqnarray} d_0 &=& \frac{ \begin{vmatrix} b_2 & b_1 \\ c_1 & c_0 \end{vmatrix}}{-c_1} \\ &=& \frac{ \begin{vmatrix} 1 & 2\\ \epsilon & 6 \end{vmatrix}}{-\epsilon} \\ &=&\frac{2\epsilon-6}{\epsilon} \end{eqnarray} \begin{eqnarray} e_0 &=& \frac{ \begin{vmatrix} c_1 & c_0 \\ d_0 & 0 \end{vmatrix}}{-d_0} \\ &=& \frac{ \begin{vmatrix} \epsilon & 6 \\ \frac{2\epsilon-6}{\epsilon} & 0 \end{vmatrix}}{-\frac{2\epsilon-6}{\epsilon}} \\ &=&6 \end{eqnarray} この結果をラウス表に書き込んでいくと以下のようになります. \begin{array}{c|c|c|c|c} \hline s^5 & 1 & 3 & 5 & 0 \\ \hline s^4 & 2 & 4 & 6 & 0 \\ \hline s^3 & 1 & 2 & 0 & 0\\ \hline s^2 & \epsilon & 6 & 0 & 0 \\ \hline s^1 & \frac{2\epsilon-6}{\epsilon} & 0 & 0 & 0 \\ \hline s^0 & 6 & 0 & 0 & 0 \\ \hline \end{array} このようにしてラウス表を作ることができたら,1列目の数値の符号の変化を見ていきます. しかし,今回は途中で0となってしまった要素があったので\(epsilon\)があります. この\(\epsilon\)はすごく微小な値で,正の値か負の値かわかりません. ラウス・フルビッツの安定判別とは，計算方法などをまとめて解説 | 理系大学院生の知識の森. そこで,\(\epsilon\)が正の時と負の時の両方の場合を考えます. \begin{array}{c|c|c|c} \ &\ & \epsilon>0 & \epsilon<0\\ \hline s^5 & 1 & + & + \\ \hline s^4 & 2 & + & + \\ \hline s^3 & 1 &+ & + \\ \hline s^2 & \epsilon & + & – \\ \hline s^1 & \frac{2\epsilon-6}{\epsilon} & – & + \\ \hline s^0 & 6 & + & + \\ \hline \end{array} 上の表を見ると,\(\epsilon\)が正の時は\(s^2\)から\(s^1\)と\(s^1\)から\(s^0\)の時の2回符号が変化しています.
\(\epsilon\)が負の時は\(s^3\)から\(s^2\)と\(s^2\)から\(s^1\)の時の2回符号が変化しています. どちらの場合も2回符号が変化しているので,システムを 不安定化させる極が二つある ということがわかりました. 演習問題3 以下のような特性方程式をもつシステムの安定判別を行います. \begin{eqnarray} D(s) &=& a_3 s^3+a_2 s^2+a_1 s+a_0 \\ &=& s^3+2s^2+s+2 \end{eqnarray} このシステムのラウス表を作ると以下のようになります. \begin{array}{c|c|c|c} \hline s^3 & a_3 & a_1& 0 \\ \hline s^2 & a_2 & a_0 & 0 \\ \hline s^1 & b_0 & 0 & 0\\ \hline s^0 & c_0 & 0 & 0 \\ \hline \end{array} \begin{eqnarray} b_0 &=& \frac{ \begin{vmatrix} a_3 & a_1 \\ a_2 & a_0 \end{vmatrix}}{-a_2} \\ &=& \frac{ \begin{vmatrix} 1 & 1 \\ 2 & 2 \end{vmatrix}}{-2} \\ &=& 0 \end{eqnarray} またも問題が発生しました. 今度も0となってしまったので,先程と同じように\(\epsilon\)と置きたいのですが,この行の次の列も0となっています. このように1行すべてが0となった時は,システムの極の中に実軸に対して対称,もしくは虚軸に対して対象となる極が1組あることを意味します. つまり, 極の中に実軸上にあるものが一組ある,もしくは虚軸上にあるものが一組ある ということです. 虚軸上にある場合はシステムを不安定にするような極ではないので,そのような極は安定判別には関係ありません. しかし,実軸上にある場合は虚軸に対して対称な極が一組あるので,システムを不安定化する極が必ず存在することになるので,対称極がどちらの軸上にあるのかを調べる必要があります. Wikizero - ラウス・フルビッツの安定判別法. このとき,注目すべきは0となった行の一つ上の行です. この一つ上の行を使って以下のような方程式を立てます. $$ 2s^2+2 = 0 $$ この方程式を補助方程式と言います.これを整理すると $$ s^2+1 = 0 $$ この式はもともとの特性方程式を割り切ることができます.
2018年11月25日 2019年2月10日 前回に引き続き、今回も制御系の安定判別を行っていきましょう! ラウスの安定判別 ラウスの安定判別もパターンが決まっているので以下の流れで安定判別しましょう。 point! ①フィードバック制御系の伝達関数を求める。(今回は通常通り閉ループで求めます。) ②伝達関数の分母を使ってラウス数列を作る。(ラウスの安定判別を使うことを宣言する。) ③ラウス数列の左端の列が全て正であるときに安定であるので、そこから安定となる条件を考える。 ラウスの数列は下記のように伝達関数の分母が $${ a}{ s}^{ 3}+b{ s}^{ 2}+c{ s}^{ 1}+d{ s}^{ 0}$$ のとき下の表で表されます。 この表の1列目が全て正であれば安定ということになります。 上から3つ目のとこだけややこしいのでここだけしっかり覚えましょう。 覚え方はすぐ上にあるb分の 赤矢印 - 青矢印 です。 では、今回も例題を使って解説していきます!
ラウス表を作る ラウス表から符号の変わる回数を調べる 最初にラウス表,もしくはラウス数列と呼ばれるものを作ります. 上の例で使用していた4次の特性方程式を用いてラウス表を作ると,以下のようになります. \begin{array}{c|c|c|c} \hline s^4 & a_4 & a_2 & a_0 \\ \hline s^3 & a_3 & a_1 & 0 \\ \hline s^2 & b_1 & b_0 & 0 \\ \hline s^1 & c_0 & 0 & 0 \\ \hline s^0 & d_0 & 0 & 0 \\ \hline \end{array} 上の2行には特性方程式の係数をいれます. そして,3行目以降はこの係数を利用して求められた数値をいれます. 例えば,3行1列に入れる\(b_1\)に入れる数値は以下のようにして求めます. \begin{eqnarray} b_1 = \frac{ \begin{vmatrix} a_4 & a_2 \\ a_3 & a_1 \end{vmatrix}}{-a_3} \end{eqnarray} まず,分子には上の2行の4つの要素を入れて行列式を求めます. 分母には真上の\(a_3\)に-1を掛けたものをいれます. この計算をして求められた数値を\)b_1\)に入れます. 他の要素についても同様の計算をすればいいのですが,2列目以降の数値については少し違います. 今回の4次の特性方程式を例にした場合は,2列目の要素が\(s^2\)の行の\(b_0\)のみなのでそれを例にします. \(b_0\)は以下のようにして求めることができます. \begin{eqnarray} b_0 = \frac{ \begin{vmatrix} a_4 & a_0 \\ a_3 & 0 \end{vmatrix}}{-a_3} \end{eqnarray} これを見ると分かるように,分子の行列式の1列目は\(b_1\)の時と同じで固定されています. しかし,2列目に関しては\(b_1\)の時とは1列ずれた要素を入れて求めています. また,分子に関しては\(b_1\)の時と同様です. このように,列がずれた要素を求めるときは分子の行列式の2列目の要素のみを変更することで求めることができます. ラウスの安定判別法 例題. このようにしてラウス表を作ることができます.
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ポメラニアンと性格は同じ ティーカップポメラニアンもポメラニアンと 同じ性格 です。 サイズが小さいだけで、両方とも同じ犬種なので当たり前ですね。 ポメラニアンの祖先犬は、ソリ犬として使われていたため、 非常に活発で社交的 です。 もともとは中型~大型犬だったので、自分よりも大きな犬に立ち向かおうとしてよく吠えます。 もともと 警戒心が強く 、ちょっとした音や見知らぬ人に よく吠える ので、無駄吠えには注意が必要です。 また 興奮しやすい面 もあるので、ときには大騒ぎをして噛みつくことがあります。 そのため、小さな子供や赤ちゃんがいる家庭ではしつけが特に大切になってきます。 しかし、忠誠心も高いのでしっかりとしつけをすれば皆から愛される家庭犬になるでしょう。 マイクロティーカップポメラニアンて何?値段や大きさは? 実は、ティーカップポメラニアン(極小ポメラニアン)よりも小さな マイクロティーカップポメラニアン もいます。 たくさん呼び名が出てきてしまったので、わかりやすく大きさを表にまとめました(表の下に行くほど小さい) 種類(呼び名) 大きさ(サイズ) ポメラニアン 小型犬 ティーカップポメラニアン = 極小ポメラニアン 超小型犬 マイクロティーカップポメラニアン 超超小型犬 このマイクロティーカップポメラニアンは非常に人気が高く、子犬の値段はなんと 100万~150万円 もします! ちなみに、"ティーカップポラニアン"、"極小ポメラニアン"と同様に、"マイクロティーカップポメラニアン"という犬種は認められていないので 正式名称ではなくあくまでも「通称」 です。 ティーカップポメラニアンの可愛い動画 さいごに、ティーカップポメラニアンの可愛い動画で癒されてください! Teacup Pomeranian 티컵 포메라니안 Micro Teacup Pomeranian Puppies and Dogs
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