
- •Академия управления «тисби»
- •Тема 3. Временные и частотные характеристики динамических звеньев сау 26
- •Тема 4. Типовые динамические звенья и их характеристики 33
- •Тема 7. Устойчивость линейных непрерывных сау 75
- •Тема 8. Оценка качества управления и синтез непрерывных сау 97
- •1.2. Классификация сау по принципу действия
- •1.2.1. Незамкнутые сау
- •1.2.2. Замкнутые сау
- •1.3. Классификация сау по характеру изменения задающего воздействия
- •1.4. Классификация систем автоматического регулирования по величине установившейся ошибки
- •1.5. Классификация сау по их математическому описанию
- •1.6. Классификация задач теории автоматического управления
- •Тема 2. Математическая модель непрерывной линейной сау
- •2.1. Линеаризация уравнений
- •2.2. Передаточные функции
- •2.2.1. Символическая запись дифференциальных уравнений и передаточных функций
- •2.2.2. Определение передаточных функций через изображения Лапласа
- •Уравнение (2.25) можно записать как и уравнение (2.11) в виде
- •Тема 3. Временные и частотные характеристики динамических звеньев сау
- •3.1. Общие понятия
- •3.2. Временные характеристики
- •3.3. Частотная передаточная функция и частотные характеристики
- •3.4. Логарифмические частотные характеристики
- •Тема 4. Типовые динамические звенья и их характеристики
- •4.1. Типовые динамические звенья первого порядка
- •4.1.1. Усилительное звено
- •4.1.2. Идеальное дифференцирующее звено
- •4.1.3. Дифференцирующее звено первого порядка
- •4.1.4. Интегрирующее звено
- •4.1.5. Апериодическое (инерционное) звено
- •4.2. Типовые динамические звенья второго порядка
- •4.2.1. Колебательное звено Колебательное звено имеет передаточную функцию
- •4.2.2. Дифференцирующее звено второго порядка
- •4.3. Запаздывающее звено Уравнение запаздывающего звена(4.74)
- •Тема 5. Структурные схемы непрерывных сау
- •5.1. Общие понятия о структурной схеме
- •5.2. Преобразование структурных схем
- •5.3. Обобщенная структурная схема и передаточные функции сау
- •5.4. Приближенный способ построения логарифмических частотных характеристик одноконтурных систем
- •Тема 6. Метод переменных состояния. Управляемость и наблюдаемость непрерывных сау
- •6.2. Управляемость и наблюдаемость
- •Тема 7. Устойчивость линейных непрерывных сау
- •7.1. Основные понятия об устойчивости
- •7.2. Общая характеристика критериев устойчивости
- •7.3. Критерий устойчивости Гурвица
- •7.4. Принцип аргумента
- •7.5. Критерий устойчивости Найквиста
- •Сделаем подстановкув выражение для:
- •7.6. Пример определения устойчивости системы по критерию Найквиста
- •Модуль частотной передаточной функции разомкнутой системы
- •7.7. Определение устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам
- •7.8. Запас устойчивости
- •Тема 8. Оценка качества управления и синтез непрерывных сау
- •8.2. Теорема о конечном значении
- •8.3. Точность в типовых режимах
- •Задающее воздействие принимается изменяющимся по закону
- •8.4. Определение запаса устойчивости и быстродействия по переходной характеристике
- •8.5. Оценка качества переходного процесса по логарифмическим частотным характеристикам разомкнутой системы
- •8.6. Синтез систем автоматического управления
- •8.6.1. Общие понятия
- •8.6.2. Этапы синтеза методом лах
- •Тема 9. Математическая модель импульсного элемента
- •9.1. Общие сведения об импульсных системах
- •9.2. Вывод уравнений импульсного элемента
- •Тема 10. Разностные уравнения импульсных систем
- •10.2. Решение разностных уравнений
- •10.3. Составление разностных уравнений импульсной системы
- •Тема 11.Дискретное преобразование Лапласа и передаточные функции импульсных систем
- •11.1. Понятие о z-преобразовании
- •11.2. Определение передаточных функций импульсной системы.
- •Тема 12. Устойчивость и оценка качестваимпульсных систем
- •12.1. Исследование устойчивости по корням характеристического уравнения
- •12.2. Частотный критерий Найквиста
- •12.3. Оценка качества импульсных систем
- •Тема 13. Цифровые системы
- •13.1. Общие сведения
- •13.2. Синтез цифровых систем
- •13.3. Использование микропроцессорных средств в цифровых системах
- •Список литературы
7.5. Критерий устойчивости Найквиста
Данный критерий вытекает из принципа аргумента. Характерной его особенностью является то, что вывод об устойчивости или неустойчивости замкнутой системыделается в зависимости от вида АФЧХ или ЛЧХразомкнутой системы.
Передаточную функцию разомкнутой системы можно представить в виде (см. (5.17)):
гдеm<n.
Введем в рассмотрение вспомогательную функцию
(7.25)
где
характеристический полином замкнутой
системы, степень которого совпадает со
степенью характеристического полинома
разомкнутой системы
:
Для первого и последнего коэффициентов
полинома
справедливы равенства:
Сделаем подстановку
в выражение (7.25):
(7.26)
Предположим, что разомкнутая система
устойчива. Это значит, что все корни
характеристического уравнения
=0
находятся в левой части КП и изменение
аргумента вектора
при возрастанииот 0 до
будет
Изменение аргумента вектора
при возрастанииот 0 до
в общем случае равно (см. (7.24))
гдеm-число корней
характеристического уравнения
=0,
лежащих в правой части КП.
Частотную характеристику
(7.26) запишем в показательной форме:
(7.27)
где
амплитудная
частотная характеристика функции
;
.
Изменение аргумента вектора
при возрастании частотыот 0 до
равно разности изменений аргументов
и
:
Замкнутая система будет устойчивой, если m=0, т.е. если
(7.28)
Для построения АФХ
определим начальное (
)
и конечное (
)
положения вектора
на КП. С этой целью вычислим модуль
вектора
и аргумент
на границах частотного интервала
Из выражения (7.27) получим граничные
значения
:
1)
где К- коэффициент усиления разомкнутой системы;
2)
В этом случае
Значения аргументов векторов
и
при
равны
при любом расположении корней уравнений
=0
и
на КП. Для конечного значения аргумента
вектора
получим:
Таким образом, направление вектора
при
совпадает с положительным направлением
вещественной оси комплексной плоскости,
а модуль вектора
(рис. 7.3 а).
Начальное значение аргумента вектора
определим из выражения (7.28):
(7.29)
Для системы, устойчивой в замкнутом
состоянии, .
Следовательно, направление вектора
при
также совпадает с положительным
направлением вещественной оси КП, а
модуль вектора
(рис. 7.3 а).
Условие устойчивости замкнутой системы
(7.28) будет выполнено лишь в том случае,
если при возрастании от 0 догодограф
векторане охватит начало координат (рис. 7.3 б).
От годографа вектора
можно
перейти к АФХ разомкнутой системы
в соответствии с выражением (7.26):
(7.30)
Единицу в формуле (7.30) можно рассматривать
как вектор – орт оси вещественных
чисел. Если сместить кривую
влево на единицу, получим АФХ разомкнутой
системы (рис. 7.3 в).
Амплитудно–фазовый критерий устойчивости можно сформулировать следующим образом:
Если разомкнутая система устойчива, то для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы амплитудно – фазовая характеристика разомкнутой системы не охватывала точку с координатами (-1; j 0).
Если замкнутая система неустойчива,
то уравнение
содержит корни с положительными
вещественными частями (m0).
Результирующий угол поворота вектора
при возрастании частоты от 0 до
.
Это означает, что для неустойчивой
замкнутой системы годограф вектора
охватывает начало координат на уголmпо часовой стрелке.
Пример .Дана передаточная функция разомкнутой системы
.
Разомкнутая система устойчива, так как
характеристическое уравнение0,5+1=0
имеет отрицательный вещественный корень
.
Построим вспомогательную функцию
:
.
Замкнутая система неустойчива, так как
характеристическое уравнение
имеет положительный вещественный
корень
.