1.4.3. Типовое поведение систем управления

Несмотря на многообразие объектов различного функционального назначения и систем управления этими объектами, можно описать типовое поведение некоторой “хорошей” СУ. Переходнвй процесс в такой системе должен быть плавным и либо апериодическим, либо слабоколебательным – см.рис.1.13. Ограничение на допустимое перерегулирование зависит от требований к конкретной СУ; обычно 1015%. Для некоторых систем перерегулирование вообще недопустимо, то есть СУ должна иметь апериодический переходный процесс.

Рис. 1.13

Показанные на рис.1.13 кривые могут быть решением линейного дифференциального уравнения второго порядка, характеристический полином которого имеет пару либо действительных корней (апериодичес-кий процесс), либо – пару слабо-колебательных комплексно-сопря-женных корней (процесс с не большим перерегулированием). Отсюда следует, что при проектированиии даже сложной СУ, содержащей различные динамические звенья и описываемой дифференциальным уравнением достаточно высокого порядка, следует обеспечивать типовое, “простое” поведение, соответствующее поведению системы низкого порядка.

1.5. Задачи теории управления

Основные задачи теории управления – анализ и синтез.

Анализ направлен на выявление свойств поведения СУ и оценку этих свойств с использованием различных критериев – показателей качества. Кроме констатации свойств СУ анализ должен также объяснять зависимость свойств и характеристик от организации системы (ее внутренней структуры) и от операторов и параметров отдельных звеньев.

Синтез направлен на формирование структуры системы для реализации выбранного принципа управления, формирование алгоритма управляющего устройства и определение и расчет операторов звеньев для обеспечения требуемого поведения СУ.

2. Линейные модели и характеристики систем управления

В разделе рассматриваются различные формы представления конечномерных линейных непрерывных стационарных детерминированных моделей СУ.

В зависимости от информативности о внутренней организации СУ (о ее структуре), выделяют два типа моделей.

М одели первого типа – со “свернутой” внутренней организацией или модели “входвыход” – см. рис.2.1.

Рис. 2.1

В таких моделях отсутствует информация о внутренней структуре СУ, то есть о составе функциональных звеньев и переменных и о взаимосвязях между ними. Модель представляет собой заданный в некоторой форме математический оператор преобразования входного сигнала f (управляющего или возмущения) в выходной сигнал y.

На таких моделях и рассматриваются в данном разделе формы представления оператора перобразования w.

Модели второго типа – с раскрытой внутренней организацией – несут информацию о структуре системы – см.подразд.2.5, 2.6.

2.1. Дифференциальные уравнения

Дифференциальное уравнение (ДУ) “n-го порядка” связывает между собой во временной области входную переменную f(t), выходную переменную y(t) и их производные:

. (2.1)

Порядок n определяется по наибольшему номеру производной левой части уравнения.

ДУ дополняется начальными условиями .

Часто используется компактная запись ДУ, для чего вводится символьный оператор дифференцирования по времени pd/dt :

A(p)y(t)=B(p)f(t), (2.2)

где  оператор-ные полиномы.