Stability analysis for discrete-time fractional-order LTI state-space systems. Part II: New stability criterion for FD-based systems

This paper presents a series of new results on the asymptotic stability of discrete-time fractional difference (FD) state space systems and their finite-memory approximations called finite FD (FFD) and normalized FFD (NFFD) systems. In Part I of the paper, new necessary and sufficient stability conditions have been given in a unified form for FD, FFD and NFFD-based systems. Part II offers a new, simple, ultimate stability criterion for FD-based systems. This gives rise to the introduction of new definitions of the so-called f-poles and f-zeros for FD-based systems, which are used in the closed-loop stability analysis for FD-based systems and, approximately, for FFD/NFFD-based ones

Stability analysis for discrete-time fractional-order LTI state-space systems. Part I: New necessary and sufficient conditions for the asymptotic stability

This paper presents a series of new results on the asymptotic stability of discrete-time fractional difference (FD) state space systems and their finite-memory approximations called finite FD (FFD) and normalized FFD (NFFD) systems. In Part I, new, general, necessary and sufficient stability conditions are introduced in a unified form for FD/FFD/NFFD-based systems. In Part II, an original, simple, analytical stability criterion is offered for FD-based systems, and the result is used to develop simple, efficient, numerical procedures for testing the asymptotic stability for FFD-based and, in particular, NFFD-based systems. Consequently, the so-called f-poles and f-zeros are introduced for FD-based system and their closed-loop stability implications are discussed

Stability analysis for discrete-time fractional-order LTI state-space systems. Part II: New stability criterion for FD-based systems

This paper presents a series of new results on the asymptotic stability of discrete-time fractional difference (FD) state space systems and their finite-memory approximations called finite FD (FFD) and normalized FFD (NFFD) systems. In Part I of the paper, new necessary and sufficient stability conditions have been given in a unified form for FD, FFD and NFFD-based systems. Part II offers a new, simple, ultimate stability criterion for FD-based systems. This gives rise to the introduction of new definitions of the so-called f-poles and f-zeros for FD-based systems, which are used in the closed-loop stability analysis for FD-based systems and, approximately, for FFD/NFFD-based ones

Normalized finite fractional differences: Computational and accuracy breakthroughs

This paper presents a series of new results in finite and infinite-memory modeling of discrete-time fractional differences. The introduced normalized finite fractional difference is shown to properly approximate its fractional difference original, in particular in terms of the steady-state properties. A stability analysis is also presented and a recursive computation algorithm is offered for finite fractional differences. A thorough analysis of computational and accuracy aspects is culminated with the introduction of a perfect finite fractional difference and, in particular, a powerful adaptive finite fractional difference, whose excellent performance is illustrated in simulation examples

Projektowanie bezbiegunowych układów sterowania dla niekwadratowych liniowych obiektów stacjonarnych

This paper presents (structurally stable) pole-free control designs for minimum variance control (MVC) and generalized minimum variance control (GMVC). For MVC, the authors' general approach to pole-free design, that is the Smith-factorization approach, is advocated. For GMVC, a numerical optimization procedure is used in order to minimize the sum of modules of all poles of the closed-loop GMVC system. As a result of the optimization, pole-free GMVC converges to pole-free MVC.W artykule przedstawiono autorskie metody projektowania bezbiegunowych, strukturalnie stabilnych, niekwadratowych układów sterowania minimalno-wariancyjnego (MVC) oraz uogólnionego sterowania minimalno-wariancyjnego (GMVC). W szczególności skoncentrowano się na podejściu opartym na faktoryzacji Smitha. Pokazano, że wynikiem zadania optymalizacji, w którym minimalizuje się sumę modułów biegunów układu zamkniętego GMVC, jest otrzymane bezbiegunowe GMVC, sprowadzające się do bezbiegunowego MVC dla macierzy wagowej sterowań dążącej do zera. Wskazano na rolę bezbiegunowych metod, w tym podejścia bazującego na punktach i kierunkach ekstremalnych, w projektowaniu dwóch wspomnianych powyżej, strukturalnie stabilnych strategii sterowania. Przedstawiono także problematykę tzw. zer sterowniczych oraz kreujących je nowych -, - i -inwersji macierzy wielomianowych oraz podkreślono wkład zer sterowniczych typu 2 w projektowaniu odpornych układów regulacji 'okołominimalnowariacyjnej'. Badania symulacyjne przeprowadzono w środowisku Matlab/Simulink

Znormalizowane skończone równanie różnicowe niecałkowitego rzędu - nowa koncepcja i jej aplikacja w modelowaniu opartym na funkcjach bazy ortonormalnej

This paper presents new results of modelling of linear open-loop stable systems by means of discrete-time finite fractional orthonormal basis functions, in particular the Laguerre functions. New stability conditions are offered and useful modification of the finite fractional derivative, called the normalized finite fractional derivative, is introduced. Simulation examples illustrate the usefulness of the new modelling methodology.W artykule przedstawiono nową koncepcję modelowania stabilnych systemów dynamicznych z zastosowaniem funkcji bazy ortonormalnej i równań różnicowych niecałkowitego rzędu. Przypomniano klasyczne równanie różnicowe niecałkowitego rzędu (Grunwalda-Letnikowa). Następnie wprowadzono tzw. skończone równanie różnicowe niecałkowitego rzędu oraz zaproponowano jego modyfikację nazwaną znormalizowanym skończonym równaniem różnicowym niecałkowitego rzędu. Ponadto przedstawiono opis modeli bazujących na funkcjach bazy ortonormalnej opartych zarówno na skończonym równaniu różnicowym niecałkowitego rzędu, jak również znormalizowanym skończonym równaniu różnicowym niecałkowitego rzędu i przedstawiono warunki stabilności tych modeli. Przykłady symulacyjne potwierdzają wysoką skuteczność prezentowanej metodologii w sensie niskich błędów predykcji generowanych przez wprowadzone modele. Ponadto w oparciu o przykłady symulacyjne zaprezentowano pewne zasady doboru parametrów i K wchodzących w skład modeli

Wybrane zagadnienia z analizy, identyfikacji i sterowania liniowymi stacjonarnymi układami wielowymiarowymi

This paper presents a survey of new results of the authors in the area of analysis, modeling, simulation and identification of linear multivariable systems. Firstly, new characterization of multivariable systems is provided, in terms of the introduction of new types of zeros of possibly nonsquare systems. The so-called control zeros properly characterize the stabilizing potential of minimum variance control. Specifically, control zeros type 1 and type 2 are related with new classes of inverses of polynomial matrices, called - and -inverses, respectively. Secondly, the value of modeling and identification of linear multivariable systems by means of orthonormal basis functions is demonstrated on a practical example from the electric power industry. The orthonormal basis function models are shown to outperform the familiar ARX ones in the problem of effective, control-oriented identification of a complex industrial multivariable plant, which is a boiler proper.W artykule przedstawiono przegląd nowych rezultatów prac badawczych autorów w zakresie analizy, modelowania, symulacji i identyfikacji liniowych obiektów wielowymiarowych. Po pierwsze, zaproponowano nową charakteryzację obiektów wielowymiarowych, wprowadzając nowe typy zer obiektów niekwadratowych. Tak zwane zera sterownicze właściwie charakteryzują potencjał stabilizacyjny sterowania minimalnowariancyjnego. Zera sterownicze typu 1 i typu 2 są związane z nowymi klasami odwrotności macierzy wielomianowych, zwanych odpowiednio - i -inwersjami. Po drugie, pokazano zalety modelo-wania i identyfikacji obiektów wielowymiarowych z wykorzystaniem funkcji bazy ortonormalnej na przykładzie obiektu energetycznego. Modele w postaci funkcji bazy ortonormalnej zapewniają lepszą jakość identyfikacji złożonego przemysłowego obiektu wielowymiarowego, jakim jest parownik kotła energetycznego, niż modele typu ARX

A new algorithm for a CFE-approximated solution of a discrete-time noninteger-order state equation

In the paper, a new method for solution of linear discrete-time fractional-order state equation is presented. The proposed method is simpler than other methods using directly discrete-time version of the Grünwald-Letnikov operator. The method is dedicated to use with any approximator to the operator expressed by a discrete transfer function, e.g. CFE-based Al-Alaoui approximation. A simulation example confirms the usefulness of the method