- •ДИСКРЕТНЫЕ САУ
- ••При квантовании по уровню дискретный сигнал принимает значения непрерывного сигнала, соответствующие заданным уровням
- ••При квантовании по времени дискретный сигнал принимает значения непрерывного в определенные, равно отстоящие
- •Квантование по времени осуществляется в
- •Различают:
- •Импульсные системы бывают линейными и нелинейными. В линейных импульсных САУ линейными уравнениями описывается
- ••Сигнал, квантованный по времени и уровню, принимает значения уровня непрерывного сигнала в дискретные,
- •ОСНОВЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ САУ С АИМ
- •Такие решетчатые функции называют смещёнными.
- •Ей будет соответствовать решетчатая функция
- •Дискретное преобразование Лапласа
- •Изображения, полученные с помощью дискретного преобразования Лапласа, будут содержать трансцендентный множитель – функцию
- •Обратное дискретное преобразование Лапласа
- •Если особые точки q изображения F *(q)
- •Z-преобразование
- •Z-преобразование получается из дискретного
- •Передаточные функции разомкнутых систем с АИМ
- •Здесь:
- •Импульсная переходная характеристика такого формирующего элемента
- •Структурная схема фиксатора нулевого порядка
- •Передаточная функция разомкнутой САУ с АИМ
- •Таким образом, передаточная функция разомкнутой
- •Замкнутые импульсные системы можно привести к системе, состоящей из идеального импульсного элемента и
- •Частотные характеристики систем с АИМ
- •АФЧХ
- •Другие свойства частотных характеристик САУ с АИМ:
- •УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМ С АИМ
- •Составляющая
- •Таким образом, для того чтобы САУ с АИМ была
- •Если САУ описано с помощью модифицированного z- преобразования путём замены eq z ,
- •Поэтому для устойчивой САУ с АИМ необходимо и
- •Анализ устойчивости систем с АИМ
- •Тогда характеристически полином примет вид
- •Миноры определителя Гурвица
- •Условия устойчивости САУ:
- •Граница устойчивости системы определяется совокупностью параметров, при которых характеристическая кривая проходит через начало
- •• Аналог критерия Найквиста
- •Годограф АФЧХ устойчивой САУ
- •Удаление годографа от точки 1, j0 характеризует запасы устойчивости по фазе и амплитуде
- •ImWp*( j )
АФЧХ |
W * |
( j 2 jr, ) W * |
( j , ), |
|
p |
p |
|
|
* |
* |
|
|
( j , ), |
||
|
Wз |
( j 2 jr, ) Wз |
|
|
|
|
|
т.е. частотные характеристики систем с АИМ
являются периодическими функциями относительной частоты
f |
(t) sin t |
f2 (t) sin 3 t |
1 |
f [n] |
|
Это основное свойство частотных характеристик
Другие свойства частотных характеристик САУ с АИМ:
• |
Зависимость частотных характеристик от |
|
, обычно |
|
|
строят характеристики для |
0 |
|
|
• |
|
|
|
|
Вещественная частотная характеристика (ВЧХ) – |
||||
|
чётная функция частоты |
, мнимая частотная |
||
|
характеристика (МЧХ) – нечётная функция, поэтому |
|||
|
частоту изменяют в диапазоне |
|
|
|
• |
При уменьшении периода |
0 |
|
|
(увеличении |
частоты квантования ) частотные характеристики импульсных систем приближаются к частотным характеристикам непрерывных систем
УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМ С АИМ
Функция y[n, ], определяющая закон изменения выходной величины в САУ с АИМ, в общем случае может быть представлена в виде
|
m |
~ |
|
|
|
|
|
|
|
y[n, ] yв[n, ] gi ( )eqin |
|
|
||
~ |
i i |
~ |
|
|
|
|
|
||
q n |
– вычеты в полюсах |
|
|
|
где gi ( )e i |
qi передаточной |
|||
функции замкнутой системы Wз*(q, ) , |
yв[n, ] |
– |
вынужденная составляющая переходного процесса и |
|
определяется видом внешнего воздействия |
f [n] |
Составляющая |
m |
~ |
|
|
(*) |
||
|
|
||
|
|
q n |
|
|
yп[n, ] gi ( )e i |
|
i i
определяет характер переходного процесса и называется переходной составляющей
Если при = const nlim yп[n, ] 0 , то система с АИМ называется устойчивой
Если nlim yп[n, ] то система будет неустойчивой Если nlim yп[n, ] C то САУ с АИМ называется
нейтральной или находящейся на границе устойчивости
Очевидно, что, если полюсы q~i передаточной функции замкнутой системы будут иметь отрицательные вещественные части, то при n все слагаемые в
(*) будут стремиться к нулю и система будет устойчивой
Если хотя бы один полюс передаточной функции замкнутой системы будет иметь положительную вещественную часть, то соответствующее ему слагаемое будет неограниченно нарастать, и система станет неустойчивой
Если хотя бы один из полюсов будет иметь вещественную часть, равную нулю, а вещественные части остальных полюсов будут отрицательными, то система будет находиться на границе устойчивости
Таким образом, для того чтобы САУ с АИМ была
устойчива, необходимо и достаточно, чтобы все полюсы ее передаточной функции имели отрицательные вещественные части, т.е. располагались в левой части полосы комплексной
плоскости |
|
Imq |
q2 q4 |
Re q |
|
q1 |
|
|
q3 |
q |
0 |
|
5 |
Вывод: при описании САУ с АИМ дискретным преобразованием Лапласа, то необходимое и достаточное условие ее устойчивости аналогично такому же условию для линейных непрерывных систем. Отличие – полоса Im q
Если САУ описано с помощью модифицированного z- преобразования путём замены eq z , т.е. передаточная функция замкнутой системы принимает
вид |
W |
*(z, ) |
Bз*(z, ) |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
з |
Aз*(z) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
B*(z, ) b |
( )zk b |
|
( )zk 1 |
b ( )z b ( ) |
||||
з |
k |
|
k 1 |
|
|
1 |
0 |
Aз*(z) am zm am 1zm 1 a1z a0
то условия устойчивости САУ с АИМ будут другими Преобразование eq z отображает полосу Im q на плоскость z причем отрезок мнимой оси q j j Im(q)
отображается в окружность единичного радиуса с центром в начале координат
Поэтому для устойчивой САУ с АИМ необходимо и
достаточно, |
чтобы |
все |
полюсы |
передаточной |
|||
функции |
Wз*(z, ) |
располагались |
бы внутри |
||||
круга единичного |
радиуса | z | 1 |
, а сама |
|||||
окружность | z | 1 будет являться границей |
|||||||
устойчивости |
|
|
Imz |
|
|
||
|
|
|
|
|
z |
||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
z1 |
|
z4 |
|
|
|
|
|
z3 |
|
|
|
Rez |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z2 |
R |
z5 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Анализ устойчивости систем с АИМ
• Аналог критерия Гурвица
Применяется при описании САУ модифицированным z- преобразованием
Характеристический полином САУ
Aз*(z) am zm am 1zm 1 a1z a0
Т.к. корни этого полинома в устойчивой САУ должны располагаться внутри круга | z | 1 , то критерий Гурвица напрямую применять нельзя. Потому окружность | z | 1 преобразуют в левую полуплоскость с помощью w-преобразования
w 1 |
|
|
z 1 |
|
z w 1 |
|
w |
|
|
или |
z 1 |
Тогда характеристически полином примет вид
* w 1 |
|
w 1 |
m |
w 1 |
m 1 |
a1 |
w 1 |
a0 |
Aз |
|
am |
|
am 1 |
|
w 1 |
||
w 1 |
|
w 1 |
|
w 1 |
|
|
|
или
cmwm cm 1wm 1 c1w c0 0
где cj – постоянные коэффициенты
Замкнутая система с АИМ будет устойчива, если
выполнены неравенства Гурвица |
||
c j 0 |
k 0 |
k 1, 2, ...., m 1 |
где k – определители, образуемые вычеркиванием k строк и столбцов в таблице (миноры определителя Гурвица)