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

книги из ГПНТБ / Климов, В. А. Некоторые прикладные методы анализа и синтеза сложных автоматических систем с использованием ЦВМ

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
16.72 Mб
Скачать

180

Для второго случая, когда первая составляющая имеет урав­ нение второго порядка, сомножители разложения уравнения (3.27), если их объединить вместе, составляют следующую систему урав­

нений [см.(3.64) и (3.67)J :

п-г

(ап - гР г + а г,-,Р + в п ) х 1 =

(3.122)

• • + а п . 3р + а „ . г ) х я = а„_г х ,

 

( а 0 р +

 

Второе из этих уравнений записано с учетом (3.47):

Вместо (3.122) запишем систему уравнений, в которых имеют­ ся полииоадправых частей, характеризующие начальные условия.

Эти уравнения имеют вид ^

(оп -гР 2* a n-,P + a n )x i =(rvopi+ m tp + n t2)F}

(3.123)

(а0р + а, р +••• + а „ . 3р + а п . г ) х ^ = ( п 0р

+

+ ni P m 3+ ••’ + п т -3 р + ап - г )

Приемы представления коэффициентов правых частей уравнений

(3.123) через коэффициенты правой и левой части уравнения (3.107) для данного случая будут в основном такими же, как и

для первого случая. В связи с этим там, где эти приемы сохра­ няются, запишем сразу окончательные результаты. В местах, где есть отличия, изложим подробно приемы определения выражений для соответствующих коэффициентов rrL и т[ (3.123).

Свободный член в полиноме правой части второго уравнения (3.123) записан а п, 2из условия равенства для установившихся ре­

жимов координат jsp и х , . Для коэффициента т г из условия совпадения для установившихся режимов трех координат -,х7) х$)

получаем

(3.124)

т г - Ьт.<

Для определения коэффициента т 0 в первом уравнении (3.123) найдем выражения х, (0) из соотношения (3.68) и из пер­ вого уравнения (3.123). После сравнения этих выражений най­ дем т 0 .

Из соотношения (3.68) после замены последней производной ее выражением из формул пересчета записываем

х,{0) = ^ ^ х

п~т\ о ) +

 

On

 

Q п -г

a n-Z

 

п-г

 

а„

х

(п-з)(0) +

-££_ (

h n zl f -

a п-г

о п-г

у 1

° п - г \

а 0

181

а т - з X

( n - m

+ i)

co ;

- Q'm-If

(n-m+2) ( o ) ~

J0

 

 

 

 

 

 

 

in-b)

~ a

x

 

 

 

X

(0)

С0Л

.

(3.125)

a„

 

 

----

 

 

 

0

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

После преобразований находим

 

 

 

 

 

лЛО ) = ~

f

 

 

 

СЗ.Е6)

 

 

O пn

 

 

 

Из первого уравнения (3.123)

по формулам пересчета получаем

* ,( 0 )

с/п-г

 

 

 

(3.127)

 

 

 

 

 

 

Сравнивая (3.126) и (3.127), имеем

 

 

 

 

 

т 0= Ь т_г .

 

 

 

(3.128)

для определения коэффициента /л, в первом уравнении

(3.123) найдем выражения х, (0)

из соотношения (3.69)

и из

первого уравнения (3.123). После сравнения этих выражений най­

дем

яг, .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из соотношения

(3.69)

после замены производной х ^ +1*{0)

 

и производной

х ^ ( 0 ) , стоящей во вторых квадратных скобках,

записываем (предполагаем

т -

п )

 

 

 

 

 

i , ( o ) = ^ к о ) * ^

 

 

аП-1

 

 

 

°/7-гL

 

°п-1

 

«п-1

 

 

 

+ F s~

( ¥ ! f ~

~ х

( о ) -

а- Р * ( о ) -

 

Sl

х (п~2>с

о

! -

On-I

V ° о

О0

 

Or

 

 

а0

 

 

 

- | ^ Г * ( о ) . ^ ± ( о Я ^ З ( о ) -

+

<7,

( л - з )

(О) +

~ ~ Х у 1

СГ/7-21—

° п -г

 

а п-2

 

 

Оп-г

 

 

 

а о

Or

<7,

 

 

 

 

<7,

X( л -з ) (

о

| .

ап-г

 

 

 

 

 

(3.129)

Из (3.129)

после.преобразований имеем

 

 

 

 

 

 

х ) = ( ^ ±

-

Sjl-j . ь»-л

f.

 

(3.130)

 

 

1

\ Q n-z

Q п-г & П'2

 

 

 

 

 

При т ± п результат будет такой же.

Из первого уравнения (3.123) по формулам пересчета находим

182

ч

 

 

* / \

/771

.

О п - 1

 

т0

(3.I3I)

 

Xf ° ~ о„. J

 

 

 

f .

 

 

а п-г а п-г

 

Учитывая (3.128),

записываем

 

 

 

 

 

 

±,(о) =

\ а п-г

 

о п- 1

О п - г /

(3.132)

 

1

 

 

 

Сравнивая (3.132) и (3.130), получаем

 

 

(3.133)

 

 

 

/77у

=

6 т _? .

 

 

Выражения для коэффициентов правой части второго уравнения

(3.123) определим из соотношений (3.43)

при сравнении уравне­

ния (3.107) и второго уравнения

(3.123)

и учета формул пересче­

та. тогда, имея введу выражение (3.126)

для х ((о), заключаем,

что соотношения (3.43)

будут

иметь место при выполнении усло­

вий

 

 

 

 

 

 

 

 

^Л7-2

А —п ^/П-2 .

 

и

_ _

Ь/л-2

&о= По 0 /7 -2

7

“ Л' а „.г ’ ' ’ ’ ' т~3 ~

т ‘ 3

a „ - 2 ; (3.134)

 

 

 

 

 

Ьт-1

 

 

 

 

 

Ьт-г

пт-г а Л - 2

 

 

 

Тогда искомые выражения для коэффициентов правой части второго

уравнения (3.123) записываются

л - а а"-г

П° Ь° Т ~ ит- 2

„ _ т “ п-г ,

, = 6

оя-2

 

nt ~ bi ъ

т-з ^т-3 * >

0/77-2

 

 

0/77-2

(3 .1 3 5 )

О/л-г ^’0 л- 2

Система уравнений (3.123) с учетом соотношений для крэффи-

циентов правых частей (3.124), (3.128), (3.133) и (3.135) по­

лучает вид:

(0 /1-г Pl+

а пр

+ а п) х , =[йда. г Р г+ bm-iP

+ */л]^ *

 

л-г

л--з

 

 

\

Л ап-г т (3 .1 3 6 )

(<*оР

+ а , р

+ •

•+ Оп-зР +

0 /7- z/ ^ V =

р

 

 

1

 

 

ЛЬ°Ъ

 

, и 0 л-2

т- 3

 

 

Оп-г

°т-2

 

 

 

 

\

 

 

Ь'Ь

р

 

+ •••■ *- 6 /п-

3

Ьт-гР +

0 „-2)* •

 

ит-г

 

 

 

легко заметить,

что в рассмат­

Из системы уравнений (3.136)

риваемом случае, когда первая составляющая имеет уравнение вто­

рого порядка, приближенное разложение передаточной функции замк­

нутой системы (I.I) так же соответствует (3.II9), как и при первой составляющей первого порядка. Выражение для сомножителя

183

$ 5 ( р) , соответствующего быстропротекающии составляющим, за-

писывается здесь:

а „ . 2

т - 2

т-з

 

Оn~i

Р

+h

Р

+•••+*„

ж / \ ° 0/77-2 Г

1

Ьт -г

 

''”-*Ьт-гР + а ” -г

фб ( р ) = -----------

 

 

(3J37)

 

O O P * ' * * a i P n 3+ ■ + а п - э Р +

Выражение для сомножителя Ф,(р) ,

соответствующего первой

составляющей, из первого уравнения (3.136) получается

 

 

bm~2 Р

+ &m-i Р

Ьт

 

Ф,(/>) =

 

(3.138)

а п~г р г + ап -1 р + в п

184

9

Г л а в а 1У

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ПРИБЛИЖЕННОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ПРОЦЕССОВ НА ОТДЕЛЬНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ДЛЯ СИСТЕМ РАЗЛИЧНЫХ ПОРЯДКОВ

§I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Вданной главе осуществляется последовательное применение результатов задачи выделения из процессов первых составляющих (глава Ш) к системам различных порядков. При этом каждый раз при повышении порядка уравнений систем учитывается 'выделение

составляющих для предыдущих по порядку систем. Такое примене­ ние результатов предыдущей главы приводит к задаче приближенно­ го разложения процессов на отдельные составляющие.

Последовательность исследования данной задачи в рассматри­ ваемой главе сохраним такой, какая использовалась при рассмот­

рении этой задачи в главе I. В отличие от материалов указанной

главы здесь содержание задачи будет заключаться, по существу,

вобосновании положений, которые использовались в главе I. В

то же время по возможности будут исключены повторения.

В соответствии с материалами главы Швначале будут после- . довательно рассмотрены параграфы, в которых осуществляется раз­ ложение процессов на отдельные составляющие без определения правых частей уравнений этих составляющих аналогично тому,как

рассматривалась в указанной главе задача выделения первых со­ ставляющих, т.е. вначале будет рассмотрено представление через

сомножители только левой части уравнения (I .I1). Затем в спе­ циальном параграфе этот пробел будет восполнен и будет показа­

но разложение правой части уравнения ( I .I 1).

185

При рассмотрении представления через сомножители левой части уравнения (I.I*) материалы главы I по отдельным систе­

мам будут дополнены в следующих направлениях.

Будет подробно рассмотрена мётодика и последовательность

составления уравнений границ рабочих областей,

приемы вычисле­

ния значений коэффициента А и действительного

времени запазды­

вания

Для рабочих областей будут построены кривые време­

ни Х д

и изложены соображения по составлению уравнения разде­

лительной кривой. Наконец, для системы четвертого и систем

более

высоких порядков будут даны пояснения по

использованию

при исследовании указанных систем результатов выделения от­ дельных составляющих для систем более низких порядков. -

Вданной главе будут использованы две формы записи уравне­ ний системы - первая. (2.62) и третья формы. Третья форма запи­

си уравнений будет соответствовать условиям (2.64) и (2.64') и другим аналогичным условиям.

Вкачестве общего замечания еще укажем, что соотношения (3.32) и (3.56) для времени запаздывания Z , а также соотноше­

ния (3.86) и (3.87) для времени Z g могут применяться не толь­

ко к уравнению (2.62), но и к уравнениям, записанным в любой ■ другой форме,несмотря на то, что эти соотношения были получены

на основе использования уравнения (3.1) и ограничений (3.21) и (3.52). Использование указанных ограничений позволило получить

общие соотношения для

1 и Z g , которые будем использовать

для уравнения (2.62)

и для разных частных случаев, например,

соответствующих (2.64) и (2.641).

Для удобства исследования будем применять в данной главе некоторые новые обозначения и понятия.

Для времени запаздывания Zg будем применять обозначения5:дг}

и 'tg г . Вторые индексы здесь характеризуют порядок уравнения первой составляющей процессов, т.е. 7и Z dtl- действительные

времена запаздывания, создаваемого быстропротекагащими состав­

ляющими в случаях, если первая составляющая имеет соответствен­

но первый и второй порядок.

Для коэффициентов X вводится двойная индексация, Второй индекс соответствует порядку уравнения первой составляющей, а

первый - порядку всего уравнения системы. Так, например, запись Х п 1 и X П;2 означает, что здесь рассматриваются коэффициенты А

для системы п -го порядка, имеющей первую составляющую соот-

186

ветственно первого и второго порядков. Для сокращения записи вторые, а также и первые индексы для коэффициентов Л могут опускаться, если при этом не будет ущерба пониманию.

Выше указывалось, что в данной главе последовательность исследований будет сохранена такой же, какая применялась в

главе I. В соответствии с этим при исследованиях будут осуще­ ствляться постепенные переходы к системам более высоких поряд­ ков.

Таким образом, при исследовании системы любого п порядка

можно рассматривать его уравнение, как уравнение быстропротекагащих составляющих, имея в виду, что так и будет при после­

дующем увеличении порядка уравнения. Такой подход позволяет при рассмотрении системы п порядка вычислять коэффициенты А ., которые потребуются при исследовании систем более высоких по­ рядков. Указанные коэффициенты будем обозначать Л,, , и A „ j 2 .

Вторые индексы в этих обозначениях соответствуют порядку урав­ нения первой составляющей.

Для пояснения введенных коэффициентов рассмотрим конкрет­ ный пример. Пусть для уравнения п -го порядка (2.62) осу­ ществлено его разложение на отдельные составляющие. Предполо­ жим, что первая, вторая и предпоследняя составляющие имеют пер­

вый порядок, а третья, последняя \) -я и О - 2-я составляющие -

второй порядок. Конечная замещающая система уравнений тогда записывается

( 4 . 1)

>

(

187

a r>-i,n

т

an~Z’n

_ -r

П

Ь , п

т- t

O n - 3 t n

 

 

an-

 

- '3 >

 

• * №

O n , n

~ V »

n

~ 'z ■»

@п~г,п

® П - 2 ,П

 

®n-i,n

 

 

 

Сз,п

 

 

J>t,n

^

0 - 2 rv- 2 »

' Z,n

 

° S ,n

Т* - г

a 5,n

V i * ((4.2)

73, Л

 

 

Qo,n

_ тг

u?,n

= 2 ^ 7 , .

 

 

 

a z,n

‘ У

fff.n

 

 

 

\> *

 

 

 

При записи системы (4.1)

и соотношений (4.2) мы исходим

[как

и при рассмотрении примеров в главе I и одного примера в

главе 1 (

стр.174)[] из того,

что возможность

применяющихся

разложений уже доказана,

хотя это

будет сделано ниже в данной

главе.

 

 

 

 

 

 

 

В соответствии с тем,

что в системе

(4.1)

первая составляю­

щая имеет уравнение первого порядка, здесь необходимо рассмат­

ривать коэффициент

,. Имеем

 

°S2l'+

+ z . / ° h l L + .., +

+ SjOzlzIL + £ПП’”

 

а г,П

Оэ,П

У а 5,П________У

an-2,n

a n-t,n

a n,n

 

 

 

Qn-I,n

 

 

(4.3)

 

 

 

Q n, n

 

 

 

Аналогичным образом записывается выражение для коэффициен-

та Л

в случае,

когда первая составляющая имеет уравнение

второго порядка.

 

 

 

 

Выше указывалось, что коэффициенты

Л рассматриваются

здесь

потому,

что имеются связи этих коэффициентов с

коэффици­

ентами

Л .

 

 

 

 

 

Если рассматривается система л-го порядка,

в которой пер­

вая составляющая имеет уравнение первого порядка, то имеют ме­

сто связи

*П,1 = *П-Г,,

( ^ )

и

 

^ п,1= ^ л-r, г '

 

Для определения Х. п 1должно использоваться одно ив соот­

ношений (4.4) или (4.5) в зависимости от

порядка уравнения

первой составляющей в уравнении л - 1-го порядка (эта состав­

ляющая будет второй для уравнения

л -го порядка).

 

Таким образом, в общей записи имеем

(4.6)

Л,I =

л- 7

 

188

Если рассматривается система

л порядка, в которой пер­

вая составляющая имеет уравнение второго порядка, то имеют

место связи

 

 

 

и

n - z , i

 

)

 

 

 

п, г ~

^ п - г , г '

.

(^*®)

Здесь также для определения Л„(2 должно использоваться одно

из соотношений (4.7) или (4.8) в

зависимости от порядка пер­

вой составляющей уже в уравнении

л -2-го

порядка (эта со­

ставляющая будет второй для уравнения л -го

порядка).

 

Таким образом, в общей записи имеем

 

 

* п , г = * п - г ’

 

(4 *9)

Справедливость связей (4.4),

(4.5), (4.7) и (4.8)

является

очевидной и здесь пояснения считаем излишними.

Кроме связей (4.6) и (4.9) в данной главе будут использо­

ваться также связи меэду коэффициентами А для систем различ­ ных порядков. При отыскании этих связей будет использоваться положение о том, что при увеличении порядка уравнений систем

левые части уравнений всех быстропротекаащих составляющих сов­ падают с уравнениями составляющих для систем более низкого по­ рядка, если соответствующие коэффициенты уравнений совпадают. Об этом уже указывалось в главе I и это будет дополнительно

рассмотрено в данной главе

(§6) .

Предположим, что имеется система л -1-го порядка с уравне­

нием

 

( ° о , п - , ) р + a i , n - i P

+ ' ' ' + a n - 3 , n - i P + a n - Z , n - iP i' a n-i,n-i')X ~

~{^0,n-lP +^1,n-lP +" ■+ ^т-1,П-1/, +^/л,п-г^-(4.10)

для уравнения (4.10) записываем

 

 

П-1

(4 .II)

 

 

Оп-2, п-1

 

 

 

 

 

 

О п -i., п-1

где

£ Т

сумма постоянных времени всех составляющих,

 

<f=*

начиная с первой;

п~г ’ n-L - f

_ сумма типа

(3.78), которая применительно к урав-

п -1, п-1

нению (3.1)

соответствует величине 1 (3.12),

189

Рассмотрим теперь уравнение (2.62). Предположим, что пер­

вая составляющая имеет для этого уравнения первый порядок.

Тогда получаем

 

 

 

 

/7/1-7,n

 

 

 

 

 

S . т1,» + Qn, n

 

 

 

Л/7,1

d-=z

(*.I2)

 

 

О/1-7,/I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O n ,n

 

где

Y T^n -

сумма постоянных времени для быстропротекающих

 

i=z

составляющих, начиная со второй;

 

 

/7/7-г,/7 _ j _

CyUm

типа (3 .7 8 ), как и в соотношении (4 .II).

 

о /7, я

 

 

 

уравнений

 

Будем предполагать, что между коэффициентами

(4-.10) и (2.62)

имеется следующее соответствие:

 

 

а О, 77-/~°0, п »

Q ljP - l a J, п ’ • • ■ 'l а п-з, П~ 1

~ а n - 3 'п ’’

 

 

®п-г,л-» ~ а п-г,п 7 a n - i, n - i~ а п-\,п ‘

Тогда левые части уравнений для всех составляющих уравнения (2.62), начиная со второй, совпадают с левыми частями уравне­

ний соответствующих составляющих уравнения (4.10). Тогда имеем

 

г.

(*.13)

<Рг

V7/1-

 

р »

 

С использованием (4.13) для Л„ , (4.12) с учетом (4.II) после преобразований получаем следующую связь между коэффици­ ентами Л для уравнений (2.62) и (4.10):

■ ^п,1 ~ 1 * ^ n -i а п - г ,п а г

(4.14)

и п-;,п

 

Найдем теперь связь между коэффициентами А для систем, по

рядки которых отличаются на две единицы.

Предположим, что имеется система п -2-го порядка с уравне­

нием

о, п -г р

п-г

+ ■•• +

п. г р + Оп_3>п-г Р + ап- г,п~г ) х

+ а 1,п ■гР

 

 

/77- 1

 

= (6о,п-г Рт+Ь1,. -гР + ' " ^^т-1 ,п-гР+ ^т,п-г)^' (*Л5)

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ