лекции / lekcii_osnovy_teorii_sistem_upravleniya / 2.2
.pdf
Найдем АЧХ звена:
где
Частота 1 как в случае апериодического звена, так и в случае колебательного звена называется
сопрягающей частотой
ФЧХ имеет вид ( = (0,1))
АФХ колебательного звена представлена на рис. 1.100.
11
Рис. 1.100. АФХ колебательного звена Графики А( ) и < ( ) изображены на рис. 1.101.
Рис. 1.101. АЧХ и ФЧХ колебательного звена Построим асимптотическую ЛАЧХ; рассмотрим несколько случаев.
12
Рис. 1.102. Асимптоматическая ЛАЧХ и ЛФЧХ колебательного звена
Рис. 1.103. ЛАЧХ колебательного звена при различных значениях
13
5. Дифференцирующее звено. Передаточная функция имеет вид W(p) = Kp. |
(1.212) |
14
15
6.
|
|
|
|
dy |
|
|
|
dy |
|
|
|
|
y |
|
kx |
|
|
|
|
|
y |
|
|
||
|
|
|
x |
|
|
|
x |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
p |
p |
|
16
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
dy |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
y |
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Tp |
|
|
|
|
|
|
|
|
Tp |
|
|
|
|
e |
-p |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
p2 |
|
Tp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
7. АППАРАТ СТРУКТУРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ.
ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ И УРАВНЕНИЯ ЗАМКНУТЫХ СИСТЕМ
17
На основе понятия передаточных функций в теории автоматического управления (ТАУ) построен аппарат структурных преобразований, позволяющий находить ПФ замкнутых систем, заданных структурными схемами. Любая структурная схема включает последовательно и параллельно соединенные элементы, а также элементы, соединенные обратной связью. Рассмотрим последовательное соединение
(рис. 1.40).
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
x |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.40. Последовательное соединение |
|
|
|||||||
Для него характерны зависимости вида |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Х1(p) = W1(p )Y(p); |
(1.30) |
|||||
|
|
X(p) = W2(p)Х1(p) = W2(p)W1(p)Y(p). |
|
|
|||||||
Отсюдаимеем |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
W(p) = W1(p )W2(p); |
(1.31) |
|||||
Для произвольного случая |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
W(p) = W1(p )W2(p)...Wn(p); |
(1.32) |
|||||
Следовательно, передаточная функция последовательного соединения звеньев равна произведению
передаточных функций отдельных звеньев. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
x |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
y
p
|
p |
|
|
Рис. 1.41. Параллельное соединение |
|
||
Перейдем к параллельному соединению (рис. 1.41). Для параллельного соединения |
|
||
y(t) = y1(t) + y2(t)+ ... +yn(t). |
(1.33) |
||
Тогда |
|
||
Y(s) = Y1(p) + Y2(p)+ ... +Yn(p). |
(1.34) |
||
но |
|
||
Y1(p) = W1(p )X(p); |
|
||
Y2(p) = W2(p )X(p); |
|
||
. . . . . . . . . . . . |
|
|
(1.35) |
Yn(p) = Wn(p )X(p); |
|
||
Отсюда |
|
||
Y(p) = W1(p )X(p) + W2(p)X(p)+ +Wn(p)X(p) =... |
(1.36) |
||
= (W1(p) + W2(p)+ ... +Wn(p))X(p),
или, что то же самое,
Y(p) = W(p)X(p),
18
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
W(p) = W1(p) + W2(p)+ ... +Wn(p). |
(1.37) |
||||||||||||||||||||||||||||||
Из последнего равенства следует, чтопередаточная функция параллельного соединения равна сумме |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
передаточных функций отдельных элементов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
x |
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Рис. 1.42. Соединение с обратной связью |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
На рис. 1.42 представлено соединение с обратной связью. Для такой системы справедливы |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
соотношения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E(p) = X(p) - Y1(p); |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y(p) = W1(p)E(p); |
(1.38) |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y1(p) = W2(p)Y(p); |
|
|
||||||||||||||||||||
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Y |
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
или |
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Y(p) = W1(p)X(p) - W1(p)W2(p)Y(p); |
(1.40) |
||||||||||||||||||||||||||||||
тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Y(p)[1 + W1(p)W2(p)] = W1(p)Y(p); |
(1.41) |
||||||||||||||||||||||||||||||
Окончательно получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Y(p) |
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
X(p) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
p |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19
p p
p p
Очевидно, что передаточная функция соединения с обратной связью равна дроби, числитель которой - передаточная функция прямой цепи, знаменатель - 1+ W1(p)W2(p)(если имеет мест положительная обратная связь, то знаменатель имеет вид 1 - W1(p)W2(p)).
Аналогичным образом легко найти так называемую передаточную функцию ошибки, определяемую формулой
p
|
p |
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Имеем |
|
||||
|
|
|
|
E(p) = X(p)W2(p)Y(p); |
(1.44) |
|
|
|
|
Y(p) = W1(p)E(p). |
|
Отсюда |
|
||||
20 |
|
||||
