Сотников, В.В. Основы теории управления. Базовый курс
.pdf3.3.1 Задание 3.3
Изобразить структурную схему системы, модель которой описывается системой дифференциальных уравнений. При выполнении задания пояснить порядок построения структурной схемы.
Вариант 1
Вариант 3
Вариант 5
Вариант 7
Вариант 9
Вариант 11
Вариант 13
x1 x2 , x2 x3 ,
x3 x1 3x2 5x3 u , y x1 x2 x3 .
x1 x2 , x2 x3 ,
x3 x1 5x2 3x3 5u , y 5x1 x2 2x3 .
x1 x2 ,
x2 x3 ,
x3 3x2 5x3 u , y 3x1 3x2 3x3 .
x1 x2 , x2 x3 ,
x3 x1 x2 x3 4u , y x1 8x2 x3 .
x1 x2 , x2 x3 ,
x3 x1 5x2 4x3 2u , y 2x1 2x2 3x3 .
x1 x2 , x2 x3 ,
x3 x1 5x2 7x3 6u , y 3x1 2x2 5x3 .
x1 2x2 2u ,
x2 x3 3u ,
x3 4x1 2x2 3x3 5u , y x1 6x2 x3.
Вариант 2
Вариант 4
Вариант 6
Вариант 8
Вариант 10
Вариант 12
Вариант 14
x1 x2 , x2 x3 ,
x3 x1 3x2 5x3 2u , y 2x1 x2 x3 .
x1 x2 , x2 x3 ,
x3 3x1 3x2 3u , y 4x1 x2 2x3 .
x1 x2 , x2 x3 ,
x3 5x1 x3 8u , y 3x1 2x2 x3 .
x1 x2 , x2 x3 ,
x3 2x1 3x2 5x3 u , y 2x1 2x2 4x3 .
x1 x2 , x2 x3 ,
x3 x1 5x2 4x3 2u , y 4x1 3x2 3x3 .
x1 x2 , x2 x3 ,
x3 x1 x2 x3 5u , y x1 x2 6x3 .
x1 3x2 3u , x2 3x3 2u ,
x3 4x1 2x2 3x3 3u , y 5x1 x2 2x3.
51
Вариант 15
Вариант 17
Вариант 19
Вариант 21
Вариант 23
Вариант 25
x1 x2 4u , x2 5x3 8u ,
x3 4x1 5x2 3x3 4u , y 7x1 2x2 2x3.
x1 2x2 5u , x2 4x3 4u ,
x3 x1 5x2 4x3 3u , y 6x1 x2 3x3.
x1 2x2 5u ,
x2 x3 10u ,
x3 4x1 5x2 10x3 10u , y 8x1 3x2 x3.
x1 x2 3u , x2 2x3 2u ,
x3 2x1 3x2 3x3 3u , y 4x1 5x2 5x3.
x1 5x2 5u , x2 3x3 2u ,
x3 x1 x2 x3 u , y 4x1 2x2 4x3.
x1 2x2 2u ,
x2 4x3 3u ,
x3 2x1 3x2 5x3 4u , y 7x1 5x2 x3.
Вариант 16
Вариант 18
Вариант 20
Вариант 22
Вариант 24
x1 5x2 4u , x2 8x3 u ,
x3 x1 6x2 3x3 3u , y 2x1 2x2 x3.
x1 4x2 4u ,
x2 x3 u ,
x3 4x1 2x2 3x3 u , y x1 5x2 6x3.
x1 x2 2u , x2 x3 3u ,
x3 5x1 5x2 3x3 5u , y 4x1 x2 7x3.
x1 3x2 0.5u ,
x2 5x3 1.5u ,
x3 2x1 4x2 5x3 u , y 8x1 7x2 3x3.
x1 4x2 u , x2 x3 u ,
x3 5x1 4x2 3x3 4u , y 10x1 2.5x2 2x3.
3.3.2 Пример выполнения задания 3.3
Построить структурную схему системы, модель которой описывается дифференциальными уравнениями состояния и уравнением выхода с начальными условиями
x1(0) , x2(0):
x1 2x1 5x2 ,
x2 4x1 3x2 2u, y x1 2x2
Решение. Проинтегрировав уравнения состояния, получим:
52
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 (t) x1 (0) ( 2x1 |
5x2 )dt , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 (t) x2 (0) ( 4x1 |
3x2 2u)dt , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
y x1 2x2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Схема формирования x2 |
и получения x2(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
|
x2 |
|
x2(0) |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
x2(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Схема формирования x1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
и получения x1(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
x2(t) |
|
|
|
|
|
|
|
x1 |
|
|
|
x1 |
|
|
x1(0) |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Схема получения y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x2(t) |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1(t) |
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Таким образом, структурную схему исходной системы можно представить в |
||||||||||||||||||||||||||||
следующем виде: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2(0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1(0) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
u |
2 |
|
|
|
|
x2 |
x2 |
|
x2 |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
x1 |
|
|
x1 |
|
|
y |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1(t) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
x1(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
-4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 3.4 – Структурная схема системы, модель которой представлена в переменных состояния
53
ЛИТЕРАТУРА
-основная:
1Коновалов, Б. И. Теория автоматического управления : учеб. пособие для вузов / Б. И. Коновалов, Ю. М. Лебедев. – СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2010. – 219 с.
2Кочетков, В. П. Основы теории управления : учебник для вузов / В. П. Кочетков. – Ростов-на-Дону : Феникс, 2012.
3Савин, М. М. Теория автоматического управления : учеб. пособие / М. М. Савин, В. С. Елсуков, О. Н. Пятина. – Ростов-на-Дону : Феникс, 2007. – 478 с.
-дополнительная:
1Бесекерский, В. А. Теория систем автоматического управления / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. – 4-е изд. – М. : Профессия, 2003. – 752 с.
2Востриков, А. С. Теория автоматического управления / А. С. Востриков, Г. А. Французова. – М. : Высш. шк. , 2004. – 368 с.
3Душин, С. Е. Теория автоматического управления : учебник для вузов / С. Е. Душин, Н. С. Зотов, Д. Х. Имаев [ и др. ] ; под ред. В. Б. Яковлева. – М. : Высш. шк. ,
2003. – 567 с.
4Егоров, А. И. Основы теории управления : учебник / А. И. Егоров. – М. : Физматиздат, 2004. – 504 с.
5Методы классической и современной теории автоматического управления / Н. Д. Егупов, К. А. Пупков. В 5 томах. Том 1. Математические модели, динамические характеристики и анализ САУ. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. – 654 с.
6Методы классической и современной теории автоматического управления / Н. Д. Егупов, К. А. Пупков, И. Г. Владимиров. В 5 томах. Т.3. Синтез регуляторов систем автоматического управления. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. –
616 c.
7Методы классической и современной теории автоматического управления / Н. Д. Егупов, К. А. Пупков. В 5 томах. Том 5. Методы современной теории автоматического управления. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 782 с.
8Мирошник, И. В. Теория автоматического управления. Линейные системы /
СПб. : Питер, 2005. – 336 с.
-вспомогательная:
1Воронов, А. А. Основы теории автоматического управления / А. А. Воронов. В 2-х частях. Часть I. – М.-Л. : Энергия, 1965. – 396 с.
2Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров /
Г. Корн, Т. Корн. – М. : Наука, 1973. – 832 с.
3Ротач, В. Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования / В. Я. Ротач. – М. : Энергия, 1973. – 440 с.
4Солодовников, В. В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования / В. В. Солодовников, В. Н. Плотников, А. В. Яковлев. – М. : Машиностроение, 1985. – 536 с.
5Теория автоматического управления : учеб. для вузов. В 2 ч. Ч.1. Теория линейных систем автоматического управления / Н. А. Бабаков [ и др. ] ; под ред. А. А. Воронова. – М. : Высш. шк., 1986. – 367 с.
6Фихтенгольц, Г. М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Том II / Г. М. Фихтенгольц. – М. : Наука, 1969. – 662 с.
54
Кафедра систем автоматизированного проектирования и управления
ОСНОВЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ
Методические указания к выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения
направления подготовки «Информатика и вычислительная техника»
Владимир Васильевич Сотников
Лариса Федоровна Макарова
__________________________________________________________
Отпечатано с оригинал макета. Формат 60х90 1/16 Печ. л. 3,5. Тираж 100 экз. Заказ №
__________________________________________________________
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»
__________________________________________________________
190013, г. Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26
55
