Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Основы автоматики и системы автоматического управления.-1

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
05.02.2023
Размер:
3.54 Mб
Скачать

140

3. Получить z-изображение переходного процесса замкнутого контура

САУ при Т1 = 0.1 с и Т2 = 0.2 с. Ограничиться первыми пятью слагаемыми в частном от деления числителя на знаменатель.

4.Получить АЧХ и ФЧХ дискретной системы при Т1 = 0.1 с и Т2 = 0.2 с.

5.В системе MicroCAP получить переходной процесс, АЧХ и ФЧХ при

Т1 = 0.1 с и Т2 = 0.2 с.

6. Сравнить результаты, сделать выводы.

Примечание. В символических преобразованиях в MathCAD функция Dirac(t) обозначает дельта-функцию (t), представляющую собой производную единичной ступенчатой функции. Дельта-функции свойственна тождественность нулю повсюду, кроме точки t = 0, в которой она стремится к бесконечности.

4.6Контрольные вопросы

1.Что такое дискретная система автоматического управления?

2.Что такое экстраполятор нулевого порядка?

3.Для чего в методическом примере при рассмотрении преобразованной структурной схемы на рисунке 4.6 сделано допущение о том, что ключ S замыкается и размыкается мгновенно?

4.Что такое решетчатая функция?

5.Какие величины и выражения можно выносить за знак z- преобразования?

6.Почему для того, чтобы переходный процесс заканчивался за один шаг дискретности необходимо равенство нулю полюса передаточной функции САУ?

7.Каково условие устойчивости дискретной САУ в частотной области?

8.Чему равно z-преобразование единичной ступенчатой функции?

141

4.7 Варианты задания

Во всех вариантах задания одинаковыми являются следующие данные:

-структура построения дискретной САУ, аналогичная рисунку 4.5;

-количество точек для построения частотных характеристик N = 1000.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица

Номер

Коэффициент передачи

Передаточная функция аналогового бло-

варианта

дискретного блока kД

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ка W(p)

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + k0p; где k0 = 1

 

2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k0

; где k0 = 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

3

1

1

 

 

 

 

k1

 

 

k2 p ; где k1 = 1; k2

= 1

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.2 + k0p; где k0 = 5

 

5

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k0

; где k0 = 0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

2

1

 

 

 

k1

 

 

 

k2 p ; где k1 = 10; k2 = 5

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + k0p; где k0 = 7

 

8

0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k0

 

; где k0 = 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

0.1

1

k1

 

 

k

2 p ; где k1 = 0.2; k2

= 0.5

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

15

 

 

 

 

 

 

 

15 + k0p; где k0 = 0.3

 

11

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k0

; где k0 = 0.01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

5

1

 

k1

 

 

k2 p ; где k1 = 0.4; k2

= 10

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + k0p; где k0 = 0.5

 

14

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k0

 

; где k0 = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

6

10

 

 

k1

 

 

 

k2 p

; где k1 = 12; k2

= 0.2

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – k0p; где k0 = 1

 

142

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончание таблицы

Номер

Коэффициент передачи

Передаточная функция аналогового бло-

варианта

дискретного блока kД

 

 

 

 

 

 

 

ка W(p)

 

17

2

 

 

 

 

k0

 

; где k0 = 0.5

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

0.3

0.1

 

k1

 

 

k2 p ; где k1 = 1; k2

= 0.4

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

2

 

 

 

–1 – k0p; где k0 = 1

 

20

0.8

 

 

 

 

 

k0

 

; где k0 = 10

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

15

1

 

k1

 

 

k2 p ; где k1 = 1; k2

= 1

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

3

 

 

 

2 – k0p; где k0 = 10

 

23

0.05

 

 

 

 

k0

 

; где k0 = 0.5

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

10

1

 

k1

 

 

k2 p ; где k1 = 1; k2

= 1

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

1

 

 

 

–2 – k0p; где k0 = 5

 

143

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дьяконов В. MathCAD 2001: Учебный курс. СПб: Питер, 2001. – 621

с.

2.Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью MicroCAP 7. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. – 368 с.

3.Micro-CAP 7.0. Electronic Circuit Analysis Program. User’s Guide –

Sunnyvale: Spectrum Software, 2001.

4.Micro-CAP 7.0. Electronic Circuit Analysis Program. Reference Manual - Sunnyvale: Spectrum Software, 2001.

5.Коган Б.Я. Электронные моделирующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963. – 512 с.

6.Андрющенко В.А. Теория систем автоматического управления: Учеб. пособие. – Л.: Издательство Ленинградского университета, 1990. – 256 с.

7.Коммутационные устройства радиоэлектронной аппаратуры / Под ред. Г.Я.Рыбина. М.: Радио и связь, 1985. – 263 с.

8.Справочное пособие по теории систем автоматического регулирования и управления/ Под ред. Е.А.Санковского. – Минск: Вышэйшая школа,

1973. – 584 с.

9. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления. М.:Машиностроение, 1986. – 448 с.

10. Смолов В.Б., Лебедев А.Н. и др. Вычислительные машины непрерывного действия. М.: Высш. школа, 1964. – 553 с.

11. Подлипенский В.С., Сабинин Ю.А., Юрчук Л.Ю. Элементы и устройства автоматики. С.-П.: Политехника, 1995. – 471 с.

12. Васильев Д.В., Чуич В.Г. Системы автоматического регулирования и управления. М.: Высш. школа, 1967. – 417 с.

13. Устройства и элементы автоматического регулирования и управления/ Под ред. В.В.Солодовникова. М.: Машиностроение, 1975.

14. Созонник Г.Д., Стеклов В.К. Цифровые системы управления. К.:

Тэхника, 1991. – 191 с.

15. Барковский В.В., Захаров В.Н., Шаталов А.С. Методы синтеза систем управления. Под общей редакцией А.С.Шаталова. М.: Машиностроение,

1969. – 328 с.

16. Теория автоматического управления. Под ред. А.С.Шаталова. М.: Высшая школа, 1977. – 448 с.

17. Задачник по теории автоматического управления/ Андреев Н.И., Васильев С.К., Захаров В.Н. и др. Под ред. А.С.Шаталова. М.: Энергия, 1979. – 544 с.

144

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 – НЕКОТОРЫЕ ВСТРОЕННЫЕ ФУНКЦИИ

MATHCAD

 

 

 

 

 

Таблица

Функция

Аргументы

Описание

 

 

 

 

 

 

 

a…(z)

 

Обратная

тригономет-

 

(вместо многоточия sin,

z - аргумент

рическая

или гипербо-

 

cos и т.д.)

 

лическая функция

 

 

 

 

 

 

 

arg(z)

z - аргумент функции

Аргумент

комплексно-

 

го числа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

atan2(x,y)

х, у - координаты точки

Угол,

отсчитываемый

 

от оси ох до точки (х,у)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Возвращает

матрицу с

 

Bulstoer(y0,t0,tl,M,D)

См. rkf ixed

решением задачи Коши

 

для сиcтемы ОДУ ме-

 

 

 

 

 

 

тодом Булирша-Штера

 

 

 

 

 

 

 

 

Возвращает

матрицу с

 

 

 

решением задачи Коши

 

bulstoer(y0,t0,tl,ace,D,

 

для системы ОДУ ме-

 

См. rkadapt

тодом

Булирша-Штера

 

k,s)

 

 

(для определения толь-

 

 

 

 

 

 

ко последней точки ин-

 

 

 

тервала)

 

 

 

 

ceil(x)

х - аргумент

Наименьшее

целое, не

 

меньшее х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вектор

прямого

ком-

 

cfft(y)

у - вектор данных

плексного

 

преобразо-

 

CFFT(y)

вания Фурье (в разных

 

 

 

 

 

нормировках)

 

 

cos(z)

z - аргумент

Косинус

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cosh(z)

z - аргумент

Гиперболический

ко-

 

синус

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cot(z)

z - аргумент

Котангенс

 

 

 

 

 

 

 

 

coth(z)

z - аргумент

Гиперболический

ко-

 

тангенс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

csc(z)

z - аргумент

Косеканс

 

 

 

 

 

 

 

 

csch(z)

z - аргумент

Гиперболический косе-

 

канс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

145

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы

Функция

Аргументы

Описание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

csgn(z)

z - аргумент

Комплексный

 

знак

 

числа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp(z)

z - аргумент

Экспонента в степени z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х, у - векторы данных;

Регрессия

экспонентой

 

expfit(x,y,g)

g - вектор начальных

 

ае+ с

 

 

 

 

 

 

 

значений а, b, с

 

 

 

 

 

 

 

fft(y)

 

Вектор прямого преоб-

 

у - вектор данных

разования

Фурье

 

 

FFT(y)

 

 

 

разных нормировках)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Возвращает корень ал-

 

 

 

гебраического

уравне-

 

find(xl,x2,…)

xl,х2,… - переменные

ния (скаляр)

или

си-

 

стемы (вектор), опре-

 

 

 

 

 

 

деленных

в

блоке

с

 

 

 

given

 

 

 

 

 

 

 

 

Наибольшее целое чис-

 

floor(x)

х - аргумент

ло, меньшее или равное

 

 

 

х

 

 

 

 

 

 

 

 

Ключевое

слово

для

 

given

 

ввода

систем

уравне-

 

 

 

ний, неравенств и т.п.

 

 

 

 

Вектор

комплексного

 

icfft(v)

v - вектор частотных

обратного

преобразо-

 

ICFFT(v)

данных Фурье-спектра

вания Фурье (в разных

 

 

 

нормировках)

 

 

 

 

 

cond- логическое усло-

 

 

 

 

 

 

 

 

вие;

 

 

 

 

 

 

 

if(cond,x,y)

х, у - значения, возвра-

Функция условия

 

 

 

 

щаемые, если условие

 

 

 

 

 

 

 

 

верно (ложно)

 

 

 

 

 

 

 

ifft(v)

v - вектор частотных

Вектор обратного

пре-

 

образования Фурье

 

IFFT(v)

данных Фурье-спектра

 

разных нормировках)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im(z)

z – аргумент

Мнимая

часть

ком-

 

плексного числа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

intercept(x,y)

х, у - векторы данных

Коэффициент b линей-

 

ной регрессии b + ах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

146

 

147

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы

Функция

Аргументы

 

Описание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вектор из коэффициен-

 

line(x,y)

х, у - векторы данных

тов

линейной регрес-

 

 

 

сии b + ах

 

 

 

 

 

linterp(x,y,t)

х, у - векторы данных;

Кусочно-линейная

ин-

 

t – аргумент

терполяция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln(z)

z – аргумент

Натуральный логарифм

 

 

 

 

 

 

 

 

Регрессия

логарифми-

 

lnfit(x,y)

х, у - векторы данных

ческой функцией

 

 

 

 

 

a ln(x) + b

 

 

 

 

 

log(z)

z – аргумент

Десятичный логарифм

 

 

 

 

 

log(z,b)

z – аргумент

Логарифм z по основа-

 

нию b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х, у - векторы данных;

Регрессия

логарифми-

 

logfit(x,y,g)

g - вектор начальных

ческой функцией

 

 

 

 

значений а,b,с

a ln(x + b) + c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А - матрица СЛАУ;

Решение

системы

ли-

 

lsolve(A,b)

b - вектор правых ча-

нейных

 

уравнений

 

 

стей

(СЛАУ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вектор

значений

аргу-

 

 

f(xl,…) – функция;

ментов,

при

которых

 

 

функция

f

достигает

 

 

xl,… - аргументы, по

 

maximize(f,x1,…)

максимума (возможно

 

которым производится

 

 

задание

 

дополнитель-

 

 

максимизация

 

 

 

ных

условий

в

блоке

 

 

 

 

 

 

с given)

 

 

 

 

 

 

 

 

Вектор

значений

аргу-

 

 

f(xl,…) – функция;

ментов,

при

которых

 

 

функция

f

достигает

 

 

xl,… - аргументы,

 

minimize(f,xl,…)

минимума

(возможно

 

по которым произво-

 

 

задание

 

дополнитель-

 

 

дится минимизация

 

 

 

ных

условий

в

блоке

 

 

 

 

 

 

с given)

 

 

 

 

 

 

 

148

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы

Функция

Аргументы

 

Описание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t - переменная интегри-

Возвращает

матрицу

c

 

 

рования ОДУ;

 

 

решением задачи Коши

 

 

tl - конечная точка ин-

 

 

для одного ОДУ, опре-

 

odesolve(t,tl[,step])

тервала интегрирова-

 

деленного

в блоке

с

 

 

ния;

 

 

given

и

начальными

 

 

step - число шагов ин-

 

 

условиями в точке t0

 

 

 

тегрирования ОДУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v - вектор, составлен-

Возвращает

 

вектор

 

polyroots(v)

ный из коэффициентов

 

 

всех корней полинома

 

 

 

полинома

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х, у - векторы данных;

Регрессия

 

степенной

 

pwfit(x,y,g)

g - вектор начальных

 

 

функцией а хb + с

 

 

 

значений а,b,с

 

 

 

 

 

 

 

Re(z)

z - аргумент

Действительная

часть

 

комплексного числа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y0 - вектор начальных

 

 

 

 

 

 

 

 

условий;

 

 

 

 

 

 

 

 

(t0, tl) – интервал инте-

Возвращает

матрицу

с

 

 

грирования;

решением задачи Коши

 

 

асc – погрешность вы-

для системы ОДУ ме-

 

rkadapt(y0,t0,tl,acc,

числения;

тодом

Рунге-Кутты

с

 

D(t, y) – векторная

переменным

шагом

и

 

D,k,s)

 

функция, задающая си-

заданной

 

точностью

 

 

 

 

 

стему ОДУ;

(для определения толь-

 

 

k - максимальное число

ко последней

точки

 

 

шагов интегрирования;

интервала)

 

 

 

 

 

 

s - минимальный шаг

 

 

 

 

 

 

 

 

интегрирования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Возвращает

матрицу

с

 

 

 

решением задачи Коши

 

Rkadapt(y0,t0,tl,M,D)

См. rkfixed

для системы ОДУ ме-

 

 

 

тодом Рунге-Кутты с

 

 

 

переменным шагом

 

 

 

149

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы

Функция

Аргументы

 

Описание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y0 - вектор начальных

 

 

 

 

 

 

условий;

 

 

 

 

 

 

(t0, tl) – интервал инте-

Возвращает матрицу с

 

 

грирования;

решением задачи Коши

 

rkfixed(y0,t0,tl,M,D)

M - число шагов инте-

для системы ОДУ ме-

 

 

грирования;

тодом Рунге-Кутты с

 

 

D(t,y) – векторная

фиксированным шагом

 

 

функция, задающая си-

 

 

 

 

 

 

стему ОДУ

 

 

 

 

 

 

f(х,…) – функция;

 

 

 

 

 

root(f(x,...),x[a,b])

х – переменная;

Возвращает

корень

 

(а, b) –интервал поиска

функции

 

 

 

 

 

 

 

 

корня

 

 

 

 

 

 

х – аргумент;

 

 

 

 

 

round(x,n)

n - число знаков округ-

Округление

 

 

 

ления после десятич-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ной точки

 

 

 

 

 

sec(z)

z - аргумент

Секанс

 

 

 

 

 

 

 

 

sech(z)

z - аргумент

Гиперболический

се-

 

канс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sign(x)

х - аргумент

Знак числа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

signum(z)

z - аргумент

Комплексный

 

знак

 

числа | z |

 

 

 

 

 

 

 

 

sin(z)

z - аргумент

Синус

 

 

 

 

 

 

 

 

sinh(z)

z - аргумент

Гиперболический

си-

 

нус

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

slope(x,y)

х, у - векторы данных

Коэффициент а линей-

 

ной регрессии b + ах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

См. rkf ixed

Возвращает матрицу с

 

 

решением задачи Коши

 

 

J(t,y) -матричная

 

Stiffb(y0,t0,tl,M,D,J)

для

жесткой

системы

 

функция Якоби для

 

 

ОДУ

методом

Булир-

 

 

D(t,y)

 

 

ша-Штера