книги из ГПНТБ / Климов, В. А. Некоторые прикладные методы анализа и синтеза сложных автоматических систем с использованием ЦВМ
.pdf200
При условиях
А |
1 |
А г |
(4.42) |
А 3 ,3 , 0 ^ |
ц, |
Д 2 , 3 , 0 |
|
^ 3 , 3 , 0 ^ |
~Ц~ ^ 2 , 3 , 0 |
(4.43) |
|
|
первая составляющая соответственно будет колебательной и апе
риодической второго порядка.
В соответствии с изложенными замечаниями для (4.42) и
(4.43) имеем
з,о
^г,з,о
^ 3 , 3 , 0
или
^ з , г
' 2 , 3 , 0
И
Аг ,з,о
/ + А з,з,о
^ з , г
|
^ 2 , 3 , 0 |
|
|
^ 3 , 3 , 0 |
|
ИЛИ |
|
|
^ з , г |
А з , 3,0 |
(4.45) |
1 + |
||
|
А2,3,0 |
|
Для графического представления зависимостей |
(4.40), (4.44) |
|
и (4.45) были построены функции (рис.4.3,а) |
|
|
^ 3,1 |
= ^( Аз, з,о) |
(4.46) |
■^3)2 |
~ ^ (А з, з , о) |
(4.47) |
для различных значений А г 3 0 . Функции (4.46) на рис.4.3,а показаны пунктирными линиями, а функции (4.47) - сплошными.
Штрих-пунктирными кривыми показана правая граница, а верхняя граница совпадает с кривой функции (4.46) приАг j* 6. Изломы в кривых функции (4.47) соответствуют переходу от зависимости
202
(4.44) к (4.45) и наоборот. Некоторое несоответствие между кривыми функций (4.46) и (4.47) при (4.39) объясняется прибли женностью зависимостей (4.40), (4.44) и (4.45).
Изложенные замечания будут относиться и к кривым коэффи
циентов л (л ) для систем более высоких порядков с той однако разницей, что граница между рабочими подобластями по Л может
соответствовать другим значениям Агз 0 » а не величине (4.39), как для данной системы. Другим значениям могут соответствовать
и верхние границы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
На рис.4,3,6 графически представлены зависимости для коэф |
||||||||||
фициентов %3>1 и Л3>г. Как отмечалось в § |
I, |
аналитические за |
|||||||||
висимости для этих коэффициентов совпадают с |
зависимостями для |
||||||||||
L |
, и |
А , , |
. В связи с |
этим кривые для границ рабочих обла- |
|||||||
стей на рис.4.3,а и рис.4,3,6 |
совпадают, |
|
а также совпадают ли |
||||||||
нии, |
соответствующие (4.39), |
- |
граница между первой и второй |
||||||||
рабочими подобластями для |
л |
|
. для определения функций, по |
||||||||
которым строились кривые на рис.4.3,б, |
в |
зависимостях (4.40), |
|||||||||
(4.44) и (4.45) была сделана замена |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
’ |
|
у |
<’ .«> |
которая получается из (4.21). |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Для искомых функций соответственно находим |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.49) |
|
|
|
* з , г ^ ( / А % 1 7 о |
+2) |
|
|
(4.50) |
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.51) |
|
|
|
•^3,2 ~ |
|
^ ‘^3,3,0 |
* |
|
|
|||
Соотношение, определяющее границу применения фунюций (4.50) |
|||||||||||
(4.51), |
получается из (4.41) |
при той же замене (4.48). Тогда |
|||||||||
имеем для этого соотношения |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
r |
- |
i |
- |
|
|
|
|
(4.52) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
делая такую же |
замену в (4.42) |
и (4.43), |
получаем, |
что при |
необходимо использовать (4.50), а при
203
функцию (4.51).
§3. СИСТЕМЫ ЧЕТВЕРТОГО ПОРЯДКА
Вэтом параграфе, как и в следующем, также будем исполь зовать третью форму записи уравнения системы (1.58), отвечаю
щую (2.64) и (2.64').
При рассмотрении системы четвертого порядка для ряда зна- " чений А0 4jI строились рабочие области системы, соответствующие
рабочим областям на рис Л . 55 - 1.59. Пример такой области по казан на рис.4.4. При развитии методики составления границ ра
бочих областей в тех же координатах строились линии равных зна
чений Zg , и ZgtZ . Для первой составлающей второго порядка
линии ^ 2 строились по уравнениям
204
А3tА? 1 |
Stt,Z |
7 z 3,z |
'■> |
(4.53*) |
|
||||
A 1,4-,) ' |
|
9 |
9 |
(4.53й) |
• ч-,г |
7 , 3 Z |
д, г |
||
Уравнения (4.53') и (4.53") получены из уравнений соответ |
ственно (3.871) и (3.87м) применительно к (1.58) и использо вались с учетом областей их применения, определяемых условиями
(3.571) и (3.57").
Кроме того, при использовании (4.53') и (4.53") делались
замены |
|
(4.54) |
|
■ *Ч,г = * |
|
||
и |
|
(4.55) |
|
V, г = ^ ^ |
0,^,1 • |
||
|
|||
Условия (4.54) и (4.55) были получены из ана'лиза уравнения |
для быстропротекающих составляющих, которое для (1.58) в дан ном случае (первая составляющая второго порядка) записывается
Рг + р + 1) х м = х г |
(4*56) |
Аналогично ранее рассмотренным случаям это уравнение может соответствовать апериодическому звену второго порядка и коле бательному звену. В первом случае имеет место (4.54), а для ко
лебательного звена по приемам, которые использовались и ранее,
находим (4.55). Для условия, разделяющего области применения |
||
(4.54) и (4.55), получается уравнение |
|
|
А0,„,,= |
0,25. |
(4.57) |
Для первой составляющей первого порядка линии равных зна |
||
чений Z g , строились по уравнению, |
которое получается из (3.86) |
применительно к уравнению (1.58). Для указанного уравнения име ем
А |
7 7АZ |
' 3, 1 |
(4.58) |
|
ЛЧ-,1 |
|
|
Во всех ранее рассмотренных уравнениях для линий равных |
значений 1и ^коэффициенты Л заменялись точными аналитиче
скими выражениями в связи с малым порядком уравнений быстропрО' текающих составляющих.Для Л как и для всех Я в нижераосмат-
риваемых системах, такая замена оказывается невозможной, так как уравнение для быстропротекающих составляющих имеет третий, а для последующих систем и более высокий порядок.
205
В связи с этим обратим внимание на то, что в соответствии
с материалами § I для коэффициента х ^ , |
имеют место соотноше |
|||||||||||||||
ния (4.6), |
т.е. при построении линий равных значений |
; |
по |
|||||||||||||
уравнению (4.58) можно использовать кривые, |
построенные ’ |
на |
||||||||||||||
рис.4.3,а для системы третьего порядка. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
При этом должны учитываться связи между коэффициентами |
|||||||||||||||
третьей формы записи уразнений (гл.П), |
которые для данного |
|
||||||||||||||
случая записываются [см.(2.74)]: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
А |
|
= А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п О , Д , 1 |
|
м 2 , 3 , 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.59) |
||
|
|
|
|
|
|
А |
|
- |
А з , 3,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А Э , ы - |
*2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А 2 , 3 , 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
При построения кривых для какого-либо’фиксироваяного значения |
|||||||||||||||
А |
должны использоваться значения Л, |
|
или Л„ |
.соответствую- |
||||||||||||
|
щие тому |
значению А з |
t которое удовлетворяет первому соотно- |
|||||||||||||
|
шению (4.59).Из р и с . а |
видно,что каждому фиксированному зна |
||||||||||||||
чению А2 3 |
0 отвечает ряд значений Л3 , и |
х 3 г , |
расположенных |
|||||||||||||
на соответствующих линиях и зависящих от |
А3<3 0 |
. Поэтому при |
||||||||||||||
определении |
A3iI |
и Л 3 z |
должно использоваться второе соотно |
|||||||||||||
шение (4.59), |
из которого |
при известных A2?3?0и A3iJti1 |
опреде |
|||||||||||||
ляется |
А33 0 |
, и тогда снимаются значения |
А3 |
, |
и |
Л3 2 . |
|
|||||||||
|
Из рис.4.4 |
видно, что для малых АЗЛ , и |
|
всегда можно |
||||||||||||
выделить области, для которых процессы четвертого порядка |
|
|||||||||||||||
сколь угодно мало отличаются от процессов второго порядка |
|
|||||||||||||||
вследствие малости значений |
|
Характеристическое уравнение |
||||||||||||||
второго порядка для этих областей аналогично (4.30) |
записыва |
|||||||||||||||
ется |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( PZ+ |
|
|
А*,*,,) =0 • |
|
|
(4.60) |
||||
Это уравнение отличается от уравнения (4.30) |
лишь увеличением |
|||||||||||||||
индексов всех коэффициентов на единицу. Тогда по аналогии с |
||||||||||||||||
(4.31) |
для (1.58) |
записываем уравнение границы рабочих обла |
||||||||||||||
стей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А,,*,> = 6А»,« |
' |
|
|
|
|
(* -а ) |
||||
которое тем точнее соответствует границе рабочей области, |
чем |
|||||||||||||||
меньше |
|
г |
, |
и, |
следовательно, |
меньше A3iiM |
и |
|
А ^ ^ , . |
|
||||||
|
Уравнение |
(4.61) использовалось в качестве |
исходного при |
составлении уравнения правой границы для системы четвертого
206
порядка. Однако учитывалось еще, что при стремлении A0rV)f к нулю [см.(1.58)] система четвертого порядка превращается в
систему третьего порядка с характеристическим уравнением
( р 3 + Р + |
Р + |
, 1 , 1 ) - 0 • |
( 4 . 6 2 ) |
Поэтому в качестве исходного вместо (А,61) использовалось урав
нение правой границы для системы третьего порядка, в содержа ние которого входит, как составная часть, и уравнение (4.61). Указанное уравнение для системы третьего порядка с учетом то го, что уравнение (4.62) отличается от уравнения (1.49) лишь
увеличением индексов всех коэффициентов на единицу, по анало
гии с (4.32) записывается
6А |
(4.63) |
|
При использовании уравнения (4.63), как исходного, полное уравнение правой границы было получено путем аппроксимации границ, соответствующих исходной предпосылке и представленных для ряда значений A0jltI на рисЛ.55-1.59. Это уравнение запи
сывается
з , д , 1
|
(4.64) |
1+3AW > - U t + 6A о,«ы )Аз,*,,+0»Ч*+Ю0ЛОА1)А: |
|
Уравнение (4.64) при стремлении А |
, к нулю переходит в |
уравнение (4.63), а при стремлении А3 v \ |
к нулю - в уравнение |
(4.61). |
|
Из рис.4.4 видно, что для каждого значения А3лц,\ может |
|
быть указан диапазон столь малых значений А ^ , , , при которых |
выделение из процессов первой составляющей первого порядка
соответствует сколь угодно малым ошибкам вследствие малости ^ . Характеристическое уравнение для быстропротекающих состав
ляющих из общего уравнения (1.58) в этом случае записывается
(А 0,д,1 Р3+ p2+ Р + A3,V)j ) - 0 . |
(4.65) |
Для (4.65) уравнения границ рабочих областей уже получены при |
исследовании системы третьего порядка и применительно к урав
нению (4.65) |
могут быть получены из (I.5I). Эти уравнения за |
писываются |
V |
207
208
РисЛ.б
209
7 = 6 |
(4.66) |
6 |
. (4.67) |
А3,Ь,1 |
|
\ l + 9 А |
|
Уравнения (4.66) и (4.67) записаны с учетом (2.64) |
и (2.641). |
Указанные уравнения можно было получить не только из уравнений (I .51), но и из уравнений (4.33) и (4.32) путем использования
Рис.4.7
связей между коэффициентами третьей формы записи уравнений
(4.59).
Очевидно, что уравнения (4.66) и (4.67) будут практически
справедливы не только при бесконечно малых значениях |
, , но |
||
и для некоторого диапазона малых значений |
( . Было принято, |
||
что уравнения (4.66) и (4.67) можно использовать до |
значений |
||
» соответствующих пересечению верхних границ |
с правыми |
границами (точка В на рис.4.4). Это стало возможным потому, что