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Steuerung mit Poincaré -Abbildungen

  Ist nur eine Poincaré -Abbildung bekannt, so ergibt sich zusätzlich zu den im letzen Abschnitt erwähnten Problemen noch das Problem, daß man wissen muß, wann das System die Poincaré -Ebene durchstößt, um die Kraft im richtigen Moment anwenden zu können.

Will man rückkopplungsfrei steuern, so wird man den optimalen Zeitpunkt der Krafteinwirkung in der Regel nicht treffen, sondern mit einem Zeitfehler . Wenn es einen stabilisierenden Effekt gibt, so daß durch die Systemdynamik der nächste Zeitfehler betragsmäßig kleiner ist als , gibt es einen Bereich von Anfangsbedingungen, für den die Steuerung mit Poincaré -Abbildungen ohne jede Rückkopplung funktioniert [ESGH92].

   Aus experimentellen Daten oder aus einer Differentialgleichung numerisch abgeleitet seien gute Approximationen für die Funktionen und T

 

bekannt, wobei die Wiederkehrzeit auf die Poincaré -Ebene angibt, wenn von gestartet wird. soll dabei der zu nächstgelegene Punkt der Poincaré -Ebene sein. Die Stabilität der Steuerung ergibt sich wie oben erläutert aus den Eigenwerten der Jacobi-Matrix:

 

Für dissipative dreidimensionale   Systeme läßt sich noch ein einfacheres Kriterium angeben. Es sei hier vorausgesetzt, daß ein Koordinatensystem so gewählt werden kann, daß die Poincaré -Abbildung mit der Poincaré -Ebene sich gut durch eine eindimensionale Abbildung approximieren läßt, wobei der Wert von beim n-ten Durchstoß ist. Dann schrumpft die Stabilitätsmatrix auf:

 

Für sind die Punkte der Wunschdynamik einzusetzen.

Da aufgrund des senkrechten Durchstoßes der Trajektorie durch die Poincaré -Ebene verschwindet, ergeben sich die Eigenwerte von M zu und . muß kleiner als 1 sein, wenn die Steuerung innerhalb der Poincaré -Ebene stabil sein soll, während die Stabilität in Trajektorienrichtung --- also gegen Fehler in der Wahl des Steuerungszeitpunktes --- garantiert.

Der Wert von läßt sich in einigen Fällen statt durch Bestimmung der zweidimensionalen Abbildung auch durch folgende Abschätzung gewinnen, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Trajektorie in der -Ebene in der Nähe der Poincaré -Ebene nahezu konstant ist. Dann gilt nämlich:

 

Damit ist die Steuerung stabil, falls

 

für alle Punkte der Wunschdynamik gilt.





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Werner Eberl
Fri Apr 14 00:36:50 MET DST 1995