Метод трапеций Солодовникова

В инженерной практике для оценки показателей качества и построения переходных процессов в системах автоматического управления получил распространение метод трапецеидальных частотных характеристик, разработанный В.В.Солодовниковым.

Установлено, что если на систему действует единичное задающее воздействие, т.е. g(t)=1(t), а начальные условия являются нулевыми, то реакцию системы, которая представляет собой переходную характеристику, в этом случае можно определить как

(7.1.15)

(7.1.16)

где P(ω) - вещественная частотная характеристика замкнутой системы; Q(ω) - мнимая частотная характеристика замкнутой системы, т.е. Фg(jω)=P(ω)+jQ(ω).

Метод построения заключается в том, что построенную вещественную характеристику P(ω) разбивают на ряд трапеций, заменяя приближенно кривые линии прямолинейными отрезками так, чтобы при сложении всех ординат трапеций получилась исходная характеристика рис.7.1.4

Рисунок 7.1.4 – Вещественная характеристика

где: ωрi и ωсрi - соответственно частота равномерного пропускания и частота среза каждой трапеции.

Затем для каждой трапеции определяется коэффициент наклона ωрi/ωсрi и по таблице h-функций строятся переходные процессы от каждой трапеции hi. В таблице h-функций дано безразмерное время τ. Для получения реального времени ti необходимо τ разделить на частоту среза данной трапеции. Переходный процесс для каждой трапеции необходимо увеличить в Pi(0) раз, т.к. в таблице h-функций даны переходные процессы от единичных трапеций. Переходный процесс САУ получается алгебраическим суммированием построенных hi процессов от всех трапеций.

Точность в установившихся режимах

В зависимости от типа входного воздействия установившиеся режимы подразделяются на статические и динамические.

, , , .

Аналогично для возмущения f(t).

Предполагается, что изменение входных воздействий относительно медленно, когда переходной составляющей можно пренебречь. Соразмерить это можно, сопоставив темп изменения входного воздействия с наибольшей постоянной времени системы.

Основным показателем качества системы в установившемся режиме является точность. Точность характеризуется величиной ошибки.

Ниже при получении величины ошибки в системе при различных входных воздействиях использованы следующие математические заготовки:

, .

1) ; .

2) ; ; .

3) ; ; .

Введем обозначения:

- заданное, желаемое значение выходной переменной,

- реальное значение выходной переменной системы,

- абсолютная ошибка в системе: .

- относительная ошибка, может быть вычислена в процентах.

Чаще в системе вместо ошибки рассматривается рассогласование. Ошибка (рассогласование) имеет две (или более) составляющих:

.

- ошибка воспроизведения задающего воздействия,

- ошибка, создаваемая возмущением. При приложенных к системе нескольких возмущениях ошибка имеет несколько слагаемых.

Значения составляющих ошибки в установившихся режимах можно определить, как ранее показано, с помощью теоремы о конечном значении:

, ,

здесь и - изображения составляющих ошибки, и - изображения воздействий и соответственно,

и - передаточные функции ошибки слежения и от возмущения.

Система, в которой постоянное внешнее возмущение создает ошибку в установившемся режиме, называется статической. Если постоянное внешнее воздействие не создает установившейся ошибки, то система астатическая относительно этого воздействия.

Пример 7.1.2:

ПФ разомкнутой системы .

; .

1) Пусть: ,

-нормированные полиномы.

Тогда , , - передаточный коэффициент разомкнутой системы.

Тогда: здесь - коэффициент статизма.

Следовательно, в данном случае система статическая, и установившаяся ошибка пропорциональна коэффициенту статизма, который тем меньше, чем больше передаточный коэффициент К разомкнутой системы. Итак, одна из мер уменьшения ошибки - увеличение коэффициента усиления К. Но с увеличением К ухудшаются показатели качества переходных процессов системы, и при К больше граничного значения система оказывается неустойчивой. Это ограничение часто не позволяет снизить ошибку до требуемой величины. Нужны кардинальные меры. В качестве их могут рассматриваться введение астатизма или компенсация возмущений.