
- •1. Основные понятия теории управления техническими системами
- •1.1. Цели, принципы управления, виды систем управления, основные определения, примеры
- •1.2. Структура систем управления: простые и многомерные системы
- •1.3. Основные законы управления
- •1.4. Классификация систем автоматического управления
- •1.4.1. Классификация по виду математического описания
- •1.4.2. Классификация по характеру передаваемых сигналов
- •1.4.3. Классификация по характеру управления
- •2. Математическое описание систем автоматического управления (регулирования)
- •2.1. Получение уравнений динамики системы. Статическая характеристика. Уравнение динамики сау (сар) в отклонениях
- •2.2. Линеаризация уравнений динамики сау (сар)
- •2.3. Классический способ решения уравнений динамики
- •2.4 . Основные виды входных воздействий
- •2.4.1. Единичное ступенчатое воздействие
- •2.4.2. Единичное импульсное воздействие: - функция Дирака
- •Единичное гармоническое воздействие
- •Линейное воздействие
- •2.5. Основные положения и свойства интегральных преобразований Лапласа
- •2.5.1. Использование преобразования Лапласа для операции дифференцирования
- •2.8 Некоторые способы нахождения оригинала по известному изображению
- •2.9. Использование обратных преобразований Лапласа для решения уравнений динамики сар (звена).
- •2.10. Весовая и переходная функции звена (системы).
- •2.11. Определение переходного процесса в системе (сар) (звене) через весовую и переходную функции.
- •2.12. Mетод переменных состояния.
- •2.12. Переход от описания переменных «вход-выход» к переменным состояния и обратно
- •2.12.1. Правая часть содержит только b0 u(t)
- •2.12.2. Правая часть общего вида
- •2.12.3. Обратная задача
- •2.13. Математическая модель кинетики нейтронов в «точечном» реакторе «нулевой» мощности. Вывод передаточной функции, переходной и весовой функций.
- •3. Частотные характеристики звеньев и систем автоматического управления (регулирования)
- •3.1. Амплитудно-фазовая частотная характеристика: годограф афчх, лах, фчх
- •3.2. Типовые звенья систем автоматического управления (регулирования). Классификация типовых звеньев. Простейшие типовые звенья.
- •3.2.1. Идеальное усилительное звено
- •3.2.2. Идеальное дифференцирующее звено
- •3.2.3. Идеальное интегрирующее звено
- •3.3. Апериодическое звено 1 – го порядка (инерционное звено)
- •3.4. Апериодическое звено 2−го порядка
- •3.5 Колебательное звено
- •4. Структурные преобразования
- •4.1. Замена цепи из последовательно параллельно соединенных звеньев
- •4.1.1. Замена цепи последовательно соединенных звеньев эквивалентным звеном
- •Замена цепи из параллельно соединенных звеньев эквивалентным звеном
- •4.2 Цепь с местной обратной связью
- •4.2.1. Замена звена с местной обратной связью на единичную
- •4.3. Перенос места обратной связи “вперед” или “назад”
- •4.4 Перенос точек суммирования “вперед” или “назад”
- •4.5. Перенос точек ветвления сигнала “вперед” или “назад”
- •5. Передаточные функции и уравнения динамики замкнутых систем автоматического регулирования (сар)
- •5.1. Главная передаточная функция. Передаточные функции по возмущающему воздействию и для ошибки (рассогласования)
- •Уравнения динамики замкнутой сар.
- •5.3 Частотные характеристики замкнутой сар.
- •6.5. Частотный критерий Найквиста.
2.3. Классический способ решения уравнений динамики
Классический метод решения уравнений динамики САУ (САР) применим только для линейных или линеаризованных систем.
Рассмотрим некоторую САУ (звено), динамика которой описывается линейным дифференциальным уравнением вида:
Переходя к полной символике, имеем:
Выражение (2.3.2) - обыкновенное дифференциальное уравнение (ОДУ), точнее неоднородное ОДУ, так как правая часть 0.
Известно входное воздействие x(t), коэффициенты уравнения и начальные условия (т.е. значения переменных и производных при t = 0).
Требуется найти y(t) при известных начальных условиях.
Из курса “Математика” известно, что
В
курсе «УТС» будем называть решение
однородного дифференциального
уравнения
,
так как его решение не зависит от
входного воздействия, а полностью
определяется собственными
динамическими свойствами САУ (звена).
Вторую
составляющую решения (2.3.3) будем называть
,
так как эта часть решения определяется
внешним воздействием x(t),
поэтому САУ (САР или звено) “вынуждена
отрабатывать” это воздействие.
(2.3.4)
Напомним “этапы” решения:
Если имеется уравнение вида , то сначала решаем однородное дифференциальное уравнение:
Записываем характеристическое уравнение:
3)
Решая уравнение (2.3.5), которое является
типичным степенным уравнением, каким-либо
способом (в том числе и с помощью
стандартных подпрограмм на ЭВМ) находим
корни характеристического уравнения
.
4) Тогда собственное решение записывается в виде:
(2.3.6)
если среди j нет повторяющихся корней (кратность корней равна 1).
Если уравнение (2.3.5) имеет 2 (два) совпадающих корня, то собственное решение имеет вид:
(2.3.7)
Если уравнение (2.3.5) имеет k совпадающих корней (кратность корней равна k), то собственное решение имеет вид:
(2.3.8)
5) Вынужденную часть решения можно найти различными способами, но наиболее распространены следующие способы:
а) По виду правой части.
б) Методом вариации постоянных.
в) Другие методы…
Если
вид правой части дифф. уравнения –
относительно несложная функция времени,
то предпочтительным является способ
а)… «подбор»
решения…
.
6) Суммируя полученные составляющие (собственную и вынужденную), имеем:
7)
Используя начальные
условия (t
= 0), находим значения постоянных
интегрирования
.
Обычно получается
система алгебраических уравнений.
Решая систему, находим значения
постоянных интегрирования
.
Пример: Найти аналитическое выражение переходного процесса на выходе звена, если
Решение.
Запишем однородное ОДУ
Характеристическое
уравнение
;
Решая, имеем:
,
где С1 и С2 - неизвестные (пока) постоянные интегрирования.
По
виду временной функции в правой части
запишем
как:
Подставляя в исходное уравнение, имеем:
Суммируя
,
имеем:
Используя
1-е начальное условие (при t
= 0), получаем:
а из 2-го начального условия имеем:
Решая систему линейных уравнений относительно С 1 и С 2 , имеем: ==> С 1 = -1/6; C 2 = -4/3.
Тогда окончательно:
()
На рис. 2.7 приведено сравнение аналитического решения по вышеприведенному соотношению (сплошная линия) и численного решения задачи (пунктирная линия) в среде программного комплекса «Моделирование в технических устройствах» (ПК «МВТУ»).
Рис. 2.7 – Сравнение аналитического и численного решений уравнения динамики