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

200

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 Z

' 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

(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 оы з,*,,+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

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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ