Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Glava_3.doc
Скачиваний:
138
Добавлен:
03.06.2015
Размер:
1.53 Mб
Скачать

3.7. Звено запаздывания

Звено запаздывания так же, как безынерционное статическое звено, передает сигнал со входа на выход без искажения его формы. Однако все мгновенные значения входной величины выходная величина принимает с некоторым отставанием (запаздыванием). Способностью задерживать сигнал во времени, не изменяя его формы, обладают многие элементы промышленных автоматических систем. В первую очередь к таким элементам относятся транспортирующие устройства (конвейеры, ленточные питатели, трубопроводы), при помощи которых подают различные материалы (сырьё, топливо, реагенты) в технологические аппараты. Особенно заметно запаздывание проявляется в аппаратах, которые имеют большие размеры и в которых происходят распределённые в пространстве процессы массообмена (шаровые мельницы, флотомашины, сушильные барабаны).

Уравнение звена запаздывания

(3.94)

где - длительность запаздывания.

Уравнение (3.94) не является дифференциальным и относится к классу особых уравнений со смещённым (запаздывающим) аргументом. Оно указывает, что выходной сигнал y(t) повторяет все изменения входного сигналаx(t), но с отставанием на время.

Подставляя x(t)=1(t), можно сразу получить его переходную функцию

(3.95)

а подставляя x(t)=(t) – импульсную

(3.96)

Обе эти временные характеристики показаны на рис. 3.17,аиб.

Применяя теорему запаздывания (см. табл. 2.2), можно записать уравнение (3.94) в изображениях по Лапласу

(3.97)

отсюда ПФ звена

(3.98)

АФХ звена

(3.99)

представляет собой окружность с центром в начале координат и с радиусом, равным единице (рис. 3.17,е).

Рис. 3.17. Характеристики звена запаздывания

АЧХ звена (рис. 3.17,в) и ФЧХ (рис. 3.17,г) можно получить по формулам:

(3.100)

(3.101)

Звенья запаздывания в большинстве случаев ухудшают устойчивость систем и делают их трудно управляемыми.

Если звено запаздывания входит в контур системы управления, то характеристическое уравнение системы будет уже не простым алгебраическим, а трансцендентным. Решение и анализ трансцендентных уравнений связаны с большими трудностями. Поэтому часто в практических расчётах трансцендентную ПФ (3.98) раскладывают в ряд Пада и, учитывая только два или три члена ряда, приближенно заменяют её дробной рациональной функцией

(3.102)

Наиболее характерным примером звена запаздывания является ленточный питатель (рис. 3.18,а), который транспортирует какой-либо сыпучий материал. Запаздывание между количеством материалаQ1(кг/с), высыпающимся в единицу времени на питатель, и количеством материалаQ2(кг/с), на сходе питателя зависит от длиныL(м), и скорости движенияv(м/с)

(3.103)

Другим распространённым примером звена запаздывания является трубопровод (рис. 3.18,б), по которому в технологический объект управления подаётся какая-либо жидкая среда в количествеQ2=Q13/с) и с концентрацией полезного компонентаx2(t)=x1(t-τ) (кг/м3).

Рис. 3.18. Звенья с запаздыванием

Отметим, что необходимость рассматривать питатель, трубопровод и другие транспортирующие устройства как звенья запаздывания возникает лишь в тех случаях, когда они являются элементами замкнутых систем управления.

Таким образом, з в е н о з а п а з д ы в а н и я о т л и ч а е т с я с л е - д у ю щ и м и х а р а к т е р н ы м и о с о б е н н о с т я м и.

1. Оно передаёт любые входные сигналы без искажения их формы, но задерживает сигналы на интервал τ; в установившемся режиме (при t>τ) выходной сигнал

y=x. (3.104)

2. Как и у других статических (позиционных) звеньев, передаточная функция

(3.105)

3. По свойствам АЧХ звено запаздывания эквивалентно безынерционному: пропускает и высокочастотные, и низкочастотные сигналы с одинаковым отношением амплитуд, равным единице; по свойствам ФЧХ оно эквивалентно инерционным звеньям: создаёт отрицательный фазовый сдвиг, пропорциональный запаздыванию τ и частоте ω.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]