- •СОДЕРЖАНИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
- •1.1. Основные понятия
- •1.2. Классификация импульсных систем
- •1.3. Примеры дискретных систем
- •2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМ
- •2.1. Понятие систем с дискретным временем
- •2.2. Решетчатые функции и разностные уравнения
- •2.3. Дискретное преобразование Лапласа и его свойства
- •2.4. Решение разностных уравнений
- •2.6. Представление данных в импульсной системе
- •2.7. Частотные свойства дискретного преобразования
- •2.8. Восстановление данных
- •2.9. Импульсная передаточная функция разомкнутой системы
- •2.10. Импульсная передаточная функция замкнутой системы
- •2.11. Процессы в импульсных системах
- •3. АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМ
- •3.1. Условия устойчивости
- •3.2. Билинейное преобразование
- •3.3. Критерий Рауса-Гурвица
- •3.4. Критерий Найквиста
- •3.5. Логарифмический критерий Найквиста
- •3.6 Критерий Михайлова
- •4. ТОЧНОСТЬ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМ
- •5.СИНТЕЗ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМ
- •5.3. Синтез регулятора с отставанием по фазе
- •5.4 Синтез регулятора с опережением по фазе
- •5.5. Цифровые ПИД-регуляторы
- •5.6. Особенности реализации дискретной коррекции
- •6. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМ В ПРОСТРАНСТВЕ СОСТОЯНИЯ
- •6.1. Уравнения состояния дискретных систем и схемы моделирования
- •6.2. Решение уравнений состояния
- •6.3. Основные формы уравнений состояния импульсных систем
- •6.4. Преобразование уравнений состояния
- •6.5 Управляемость и наблюдаемость дискретных систем
- •НЕЛИНЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
- •1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМАХ
- •1.1. Основные понятия и особенности нелинейных систем
- •1.2. Характеристики типовых нелинейностей и их соединений
- •1.3. Классификация и примеры нелинейных систем
- •1.4. Методы исследования нелинейных систем
- •2. МЕТОД ФАЗОВОГО ПРОСТРАНСТВА
- •2.1. Фазовое пространство
- •2.2. Методы построения фазовых портретов
- •2.3. Анализ нелинейной системы с насыщением
- •3. АНАЛИЗ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ А.М. ЛЯПУНОВА И В.М. ПОПОВА
- •3.3. Анализ устойчивости нелинейных систем методом В. М. Попова
- •4. МЕТОД ГАРМОНИЧЕСКОЙ ЛИНЕАРИЗАЦИИ
- •4.1. Сущность метода гармонической линеаризации
- •4.2. Определение амплитуды и частоты автоколебаний
- •4.2.1. Аналитический метод
- •4.2.2. Графоаналитический метод
- •5. ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ В НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМАХ
- •5.1. Определение параметров и устойчивости вынужденных колебаний (задача Дуффинга)
- •5.2. Метод эллипса
- •5.3. Метод Гольдфарба
- •6. ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ
- •6.1. Построение переходного процесса методом фазовой плоскости
- •6.3. Компьютерное моделирование переходного процесса
- •7. КОРРЕКЦИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ
- •7.1. Коррекция нелинейной системы с помощью обратной связи
- •7.2. Синтез компенсационных моделей
- •7.3. Метод вибрационной линеаризации
- •ОПТИМАЛЬНЫЕ И АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ
- •1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
- •2. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ
- •3. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ НАСТРОЙКИ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
- •4. ВЛИЯНИЕ РАЗБРОСА ПАРАМЕТРОВ НА ДИНАМИКУ СИСТЕМЫ
- •5. УЧЕТ ФИЗИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ
- •6. СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ ПО КВАДРАТИЧНОМУ КРИТЕРИЮ КАЧЕСТВА
- •7. МЕТОДИКА СИНТЕЗА ОПТИМАЛЬНОЙ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ РЕГУЛЯТОРА
- •8. ВЫБОР ВЕСОВЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ
- •10. АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ
- •СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Для |
устойчивости |
САУ |
необходимо |
и |
достаточно, чтобы |
при |
||||
0 £ w £ |
2p |
(при T = 1, 0 £ w £ 2p ) суммарный поворот Djå |
векторов (e jw - zi ) |
|||||||
T |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
при i =1, K, n был 2pn , (это |
будет |
выполняться, |
когда корни лежат |
внутри |
||||||
круга |
единичного |
радиуса (рис. 3.7, а)). Корень, например |
z1 , лежащий вне |
|||||||
круга, |
дает Dj1 = 0 |
при повороте вектора (e jw - z1 ) |
на угол 2p (рис. 3.7, б), и |
|||||||
условие устойчивости не выполняется.
a |
e jw - zi |
|
б |
|
e jw |
|
e jw |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
zi |
|
|
||
|
|
|
z1 |
e jw - z |
|
|
|
1 |
|
Рис.3.6. Изменение угла поворота вектора e jw - z : |
||||
|
|
|
|
i |
а − для корня внутри круга ( Dji |
= 2p ), б – для корня вне круга ( Dj1 = 0 ) |
|||
4. ТОЧНОСТЬ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМ
Рассмотрим точность импульсной системы в установившемся режиме. При изучении непрерывных систем их точность в установившемся режиме исследовалась на основании свойства преобразования Лапласа о конечном значении непрерывной функции. Аналогичные результаты можно получить для импульсных систем на базе свойстваz-преобразования о конечном значении решетчатой функции:
lim x(kT ) = lim(z -1) X (z) , |
(4.1) |
|
k ®¥ |
z®1 |
|
где X (z) – z-изображение ошибки системы x(kT ) в дискретные моменты времени (рис. 4.1).
V (s) + |
|
å |
X (s) |
KЭНЧ (s) |
Y (s) |
|
|
T |
|
||
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.1. Структура ИСАУ
z-изображение ошибки
X (z) =V (z) -Y (z) =V (z) - |
K (z) |
V (z) = |
1 |
V (z). |
|
1 + K (z) |
|||
1 + K (z) |
|
|||
47
Из выражения следует, что дискретная передаточная функция замкнутой системы по ошибке
|
|
|
|
|
|
|
Kx |
(z) = |
X (z) |
= |
|
1 |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.2) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V (z) |
1 + K (z) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
На основании свойства о конечном значении |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
xуст (kT ) = lim x(kT ) = lim (z -1)Kx (z)V (z) . |
|
|
|
|
|
|
|
(4.3) |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
k ®¥ |
|
|
|
|
|
|
z®1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Рассмотрим установившуюся |
|
ошибку |
|
|
при |
ступенчатом |
воздействии |
||||||||||||||||||||||||||||||||
V1(kT ) . В этом случае V (z) =V |
|
|
z |
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
z -1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
x0 |
(kT) =lim(z |
-1)K |
(z)V |
|
z |
=limK (z)Vz =V limK |
(z) = |
|
V |
|
|
= |
|
V |
, (4.4) |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
уст |
z®1 |
x |
|
z -1 |
|
z®1 |
|
|
x |
|
|
|
|
z®1 |
x |
|
|
|
|
1+limK(z) |
|
|
1+ K0 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z®1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где K0 |
= lim K (z) называют коэффициентом ошибки по положению. |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
z®1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если K (z) |
имеет полюс z =1, т.е. знаменатель |
содержит |
сомножитель |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(z -1), то K0 = ¥ и ошибка по положению равна0, |
|
что соответствует непре- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
рывной системе с астатизмом первого порядка. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Теперь рассмотрим установившуюся ошибку при линейно нарастающем |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
воздействии V × kT . В этом случае V (z) =V |
|
Tz |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
(z -1)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
x |
¢ |
(kT ) = lim(z -1)K |
|
(z)V |
|
|
Tz |
|
= lim K |
|
(z)V |
|
Tz |
= |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
уст |
|
z®1 |
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
(z -1)2 |
|
|
z®1 |
x |
|
|
|
(z |
-1) |
|
|
|
|
|
(4.5) |
||||||||
|
|
|
|
VTz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VTz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VT |
|
|
|
|
V |
|
|||||
|
= lim |
|
|
|
|
= lim |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
, |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ (z -1)K (z) |
lim (z -1)K(z) |
Kv |
||||||||||||||||||||||||||
|
z®1 [1+ K (z)](z -1) |
|
z®1 (z -1) |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z®1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где Kv = lim 1 (z -1)K (z) называют коэффициентом ошибки по скорости.
z®1 T
Если K (z) имеет два полюса z1 = z2 =1, то Kv = ¥ и ошибка по скорости равна нулю, что соответствует непрерывной системе с астатизмом второго порядка.
Пример 4.1. Импульсная система имеет структуру, изображенную на рис. 4.2. Найти установившиеся ошибки по положению(как реакцию на еди-
ничный скачок) для двух случаев: K (s) = |
K |
, |
K (s) = |
K |
. |
|
|
||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
s +1 |
|
|
s |
|||||
v(t) + |
|
|
x(t) |
|
|
|
|
|
|
|
y(t) |
||
|
|
Kфу (s) |
|
|
K (s) |
||||||||
å |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.2. Структура ИСАУ |
||||||||||
48 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
