- •Раздел 1. Основные понятия теории автоматического управления. Типовые звенья линейных систем автоматического управления. Соединение линейных звеньев
- •1.1 Основные принципы и понятия автоматического управления
- •1.2 Примеры систем автоматического управления
- •1.3 Основные понятия операционного исчисления. Преобразование Фурье и Лапласа
- •Связь преобразований Фурье и Лапласа
- •1.4 Прохождение регулярных сигналов через линейное звено
- •Регулярные сигналы
- •1.5 Характеристики линейного звена
- •1.6 Устойчивость линейных звеньев. Минимально-фазовые звенья. Преобразование произвольного сигнала линейным звеном
- •1.7 Типовые динамические звенья. Простейшие звенья. Звенья первого порядка
- •Простейшие звенья
- •Звенья первого порядка
- •1.8 Колебательные звенья. Особые звенья: неминимально-фазовые устойчивые звенья, неустойчивые звенья
- •Устойчивые неминимально-фазовые звенья
- •Неустойчивые звенья
- •1.9 Особые звенья: иррациональные и трансцендентные звенья Иррациональные звенья
- •Трансцендентные звенья
- •1.8 Соединение линейных звеньев. Преобразование структурных схем
- •Последовательное соединение звеньев
- •Параллельное согласное соединение звеньев
- •Параллельное встречное соединение звеньев
- •Преобразование структурных схем
- •Раздел 2. Исследование устойчивости линейных систем автоматического управления. Качество процессов управления
- •2.1 Постановка задачи исследования устойчивости линейных систем автоматического управления. Алгебраические критерии устойчивости. Критерий Рауса, критерий Гурвица
- •Алгебраические критерии устойчивости
- •2.2 Частотные критерии устойчивости. Критерий Михайлова. Критерий Найквиста
- •2.3 Влияние параметров системы на её устойчивость. Метод d-разбиения
- •Разбиение по одному (комплексному) параметру
- •2.4 Показатели качества процессов управления
- •2.5 Качество регулирования при стандартных воздействиях
- •2.6 Косвенные методы исследования качества процессов управления. Интегральные оценки качества переходных процессов
Регулярные сигналы
Любой сложный сигнал может быть представлен в виде совокупности более простых сигналов.
В качестве простейших сигналов будем пользоваться следующими:
а) гармонический сигнал или ;
б) единичный скачок
в) единичный импульс .
Пусть сигнал выражается некоторой функцией времени . Тогда выражение его в виде совокупности гармонических сигналов производится путем применения ряда Фурье для периодических сигналов и преобразования Фурье для непериодических сигналов.
Применяя интеграл Дюамеля в различной форме, этот сигнал можно представить также или в виде совокупности единичных скачков
(1.4.1)
при ;
или в виде совокупности единичных импульсов
(1.4.2)
где .
Графическая иллюстрация к интегралам (1.4.1) и (1.4.2) приведена на рисунке 1.4.2. Здесь представляется в виде совокупности скачков величиной , действующих в моменты τ при (рисунок 1.4.2, а), или в виде интеграла от δ-функции, умножаемой на значение х в момент времени τ (рисунок 1.4.2, б).
Рисунок 1.4.2 – Геометрическая иллюстрация разложения сигнала
В общем случае обыкновенное дифференциальное уравнение простого (односвязного) звена, выражающее зависимость между входным сигналом х и выходным сигналом у, записывается следующим образом:
(1.4.3)
где
и .
Для систем с параметрами, не изменяющимися во времени, функция F не зависит от t.
Для линейных систем функция F выражается линейной зависимостью и уравнение (1.4.3) принимает следующий вид:
(1.4.4)
При гладкой зависимости функции F от её аргументов и малых изменениях аргументов нелинейное уравнение, связывающее х и у, может быть приведено к линейному.
Пусть при
и при
Тогда уравнение (1.4.3) приобретает вид
Разложив функцию F в ряд Тейлора в окрестности точек , и , для и пренебрегая высшими членами разложения для и , получим
(1.4.5)
где
При этом предполагается, что и знак F выбирается таким, чтобы .
Если теперь за начало отсчета х и у принять точки и , то уравнение (1.5) можно записать так
(1.4.6)
Здесь под x и y понимаются их указанные выше приращения и .
Переходя от оригиналов к их изображениям по Лапласу, получаем:
(1.4.7)
(1.4.8)
и, соответственно, зависимость между частотными спектрами и
(1.4.9)
Если решается задача с ненулевыми начальными условиями и в момент как x и у, так и их производные могут быть отличны от нуля, то переход от оригинала к изображению в уравнении (1.4.6) даёт
(1.4.10)
Большинство задач, рассматриваемых в теории регулирования с помощью принципа наложения, сводится к решению задач с нулевыми начальными условиями. Этому также способствует рассмотрение каждого воздействия как сигнала, который начинает действовать только при , а при он сам и его производные равны нулю. Разумеется, при этом необходимо учитывать разрывы функции, имеющие место сразу же при переходе от нуля в область, где .
Для сложных (многосвязных) звеньев может быть применена аналогичная линеаризация уравнений. В этом случае, в зависимости от количества входных и выходных сигналов, звено описывается системами уравнений типа (1.4.3), (1.4.6), (1.4.7). Так, например, если звено имеет два входных сигнала и и два выходных и , то уравнение (1.4.7) приобретает вид системы уравнений:
(1.4.11)