- •Стохастика электронных систем Оглавление
- •Лабораторная работа 2 Проектирование регулятора для линейной системы
- •1.2. Колебательные процессы
- •1.3 Случайные процессы
- •Лабораторная работа № 1
- •Исследование разомкнутой линейной системы
- •(Краткие теоретические сведения)
- •Модели линейных систем
- •Коэффициент усиления в установившемся режиме
- •Импульсная характеристика
- •Переходная характеристика
- •Частотная характеристика
- •Полюса и нули
- •Лабораторная работа № 1 Исследование разомкнутой линейной системы (практическая часть) Цели работы
- •Задачи работы
- •Оформление отчета
- •Инструкция по выполнению работы
- •Контрольные вопросы к защите
- •Отчет по лабораторной работе № 1 Исследование разомкнутой линейной системы
- •Описание системы
- •Результаты исследования
- •Лабораторная работа № 2
- •Проектирование регулятора для линейной системы
- •(Краткие теоретические сведения)
- •Модели соединений систем
- •Корневой годограф
- •Синтез с помощью лафчх
- •Точность в установившемся режиме
- •Простейшие типы регуляторов
- •Лабораторная работа № 2 Проектирование регулятора для линейной системы (практическая часть) Цели работы
- •Задачи работы
- •Оформление отчета
- •Описание системы
- •Инструкция по выполнению работы
- •Контрольные вопросы к защите
- •Отчет по лабораторной работе № 2 Проектирование регулятора для линейной системы
- •Описание системы
- •Исследование разомкнутой системы
- •4.1 Регулятор, обеспечивающий перерегулирование 10%
- •4.2 Регулятор, обеспечивающий кратчайший переходный процесс
- •Лабораторная работа 3 Дискретное преобразовнаие Фурье. Свойства.
- •Задание на лабораторную работу
- •Лабораторная работа 3 Изучение практического проектирования цифровых фильтров методом весовых окон в matlab.
- •Графический вывод результатов вычислений
- •Xlabel('Значения X'); ylabel('Значения функции'), grid
- •В среде matlab несложно выводить и графики, заданные параметрически. Например, построим график функции, которая определена формулами (рис.):
- •Xlabel('Номер элемента'); ylabel('Значение элемента'); grid
- •Xlabel('Номер элемента'); ylabel('Значение элемента')
- •Xlabel('X'); ylabel('Вероятность X'); grid
- •Xlabel('Частота (Гц)'); ylabel('Отношение амплитуд'); grid;
- •Xlabel('Частота (Гц)'); ylabel('Фаза (град)'); grid
- •Xlabel('X'); ylabel('Значение функции');
- •6.2 Импорт сигналов
- •6.3 Просмотр сигналов
- •6.4. Создание спектров сигналов
- •7.2 Синтез фильтра
- •4. Просмотр характеристик фильтра
Синтез с помощью лафчх
В отечественной литературе классическим стал метод синтеза корректирующих устройств с помощью логарифмических амплитудно-фазовых частотных характеристик (ЛАФЧХ) разомкнутой системы (диаграмм Боде по зарубежной терминологии).
Пусть разомкнутая система имеет передаточную функцию . ЛАФЧХ включает в себя две кривые – амплитудную частотную характеристику (ЛАЧХ)
и фазовую (ЛФЧХ)
.
Угловая частота (в рад/сек) на оси ординат откладывается в логарифмическом масштабе. При этом так называемые асимптотические ЛАЧХ представляют собой отрезки прямых, это значительно облегчает ручное построение.
Разложив числитель и знаменатель передаточной функции на сомножители первого и второго порядков, можно представить ЛАЧХ системы как сумму ЛАЧХ элементарных звеньев (апериодических, колебательных, интегрирующих, дифференцирующих и т.д.) Для
получаем, используя свойства логарифма,
.
Раньше вручную строили асимптотические ЛАЧХ, суммируя ЛАЧХ отдельных звеньев. В среде Matlab существуют средства, позволяющие автоматизировать построение точных (не асимптотических) ЛАФЧХ. При этом можно использовать накопленный за многие годы классический опыт проектирования.
Низкочастотная часть ЛАЧХ определяет точность системы, среднечастотная (вблизи частоты среза ) – устойчивость и качество переходного процесса, высокочастотная – чувствительность к помехам. Если система содержит интегратор, низкочастотная часть имеет ненулевой наклон (20 дБ на декаду для одного интегратора), постоянный сигнал отслеживается без установившейся ошибки. Для системы с двумя интеграторами ЛАФЧХ имеет в области низких частот наклон 40 дБ на декаду, без установившейся ошибки отслеживается не только постоянный, но и линейно возрастающий сигнал. Более сложные требования к точности приводят к тому, что ЛАЧХ не должна заходить в некоторые запретные области.
Запас
устойчивости по амплитуде, Gain
Margin
(G.M.)
Запас
устойчивости по фазе, Phase
Margin
(P.M.)
Запас устойчивости по амплитуде
(в дБ) – это расстояние от ЛАЧХ до
горизонтальной прямой
дБ
на частоте, на которой фазовая
характеристика пересекает прямую
.
На этой частоте система должна иметь
коэффициент усиления меньше 1 (или
).
Запас устойчивости по фазе
(в градусах) – это расстояние от частотной
характеристики до горизонтальной прямой
на частоте среза
.
На этой частоте фазовая характеристика
должна иметь значение больше
.
Допустимым считается запас по амплитуде не менее 6 дБ и запас по фазе не менее 30 градусов.
«Подъем» ЛАЧХ означает увеличение коэффициента усиления контура, фазовая характеристика не изменяется. Точность системы (при отработке низкочастотных сигналов) повышается, однако увеличивается и влияние высокочастотных помех. Поскольку частота среза увеличивается, повышается быстродействие системы. При этом переходные процессы приобретают выраженный колебательный характер, запасы устойчивости уменьшаются, при дальнейшем увеличении коэффициента усиления теряется устойчивость.
Обычно требуется, чтобы система имела высокую точность (большой коэффициент усиления по контуру) для низких частот и подавляла высокочастотные помехи (имела низкое усиление в области высоких частот). Частота среза выбирается исходя из требований к быстродействию. Таким образом, типичная ЛАЧХ имеет вид, показанный на рисунке. Серым цветом показаны запретные области, которые определяются требованиями к точности и подавлению помех.
Для обеспечения хорошего качества
переходных процессов рекомендуется,
чтобы ЛАЧХ пересекала ось
с наклоном 20 дБ/дек. Это объясняется
тем, что наклон 20 дБ/дек, соответствующий
апериодическому звену, приводит к
наименьшей колебательности переходного
процесса. Точки перехода (излома
асимптотической ЛАЧХ) от низкочастотной
части к среднечастотной и далее к
высокочастотной должны отстоять от
оси
на 12-16 дБ.
В общем случае строится желаемая ЛАЧХ
,
удовлетворяющая требованиям к системе,
затем ЛАЧХ последовательного
корректирующего устройства определяется
как разность между и
и ЛАЧХ существующей разомкнутой системы.
