Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
мотс курс.docx
Скачиваний:
8
Добавлен:
05.05.2019
Размер:
313.16 Кб
Скачать

3.5. Расчет системы на минимум дисперсии ошибки

Пусть структурная схема системы имеет вид, как показано на рис. 2.

Передаточная функция разомкнутой системы равна , где KC –искомый параметр, оптимальное значение которого требуется найти, T=0,5K – постоянная времени системы.

Рис. 2. Структурная схема системы

На входе системы действуют случайные не коррелированные между собой сигналы: полезный сигнал (этот сигнал система должна воспроизвести без искажений на выходе) и случайная помеха (которая тоже попадает на выход системы и искажает выходной сигнал).

Ошибка системы .

При расчете системы следует добиваться того, чтобы сигнал был минимальным (в идеальном случае ).

Передаточные функции замкнутой системы, связывающие ошибку с полезным входным сигналом - и ошибку с помехой - , имеют вид:

, (23)

. (24)

При действии на входе системы полезного сигнала и помехи ошибка системы определяется формулой

. (25)

При отсутствии корреляции между полезным сигналом и помехой спектральная плотность ошибки системы может быть подсчитана по формуле

. (26)

Для определения дисперсии ошибки воспользуемся формулой

,

где

(27)

Расчеты по этой формуле следует проводить, пользуясь выражением (22) и таблицами интегралов (см. прил. 1).

Для определения среднего значения ошибки следует воспользоваться (25), в которую подставить вместо и математические ожидания случайных сигналов и , а в передаточные функции вместо подставить :

.

При расчете системы на минимум дисперсии ошибки следует искать такое значение варьируемого параметра KC, при котором .

3.5.1. Расчет составляющей среднего квадрата ошибки, определяемой полезным сигналом.

Из (27) имеем:

(28)

П одынтегральное выражение должно быть представлено в форме (см. приложение 1):

Спектральная плотность полезного сигнала представлена в формуле (14)

Вводим обозначения:

Используя полученные коэффициенты записываем формулу для I3 (прилож. 1).

3.5.2. Расчет составляющей среднего квадрата ошибки, определяемой помехой.

Из (27) имеем:

(29)

Спектральная плотность помехи равна (14)

.

Подынтегральное выражение в формуле (29) представляем в виде

Вводим обозначения:

Используя полученные коэффициенты определяем формулу для I2 (прил. 1).

3.5.3. Расчет оптимального значения коэффициента усиления системы KC

Средний квадрат ошибки управления равен

.

Дисперсия ошибки равна

.

Построив график зависимости Dх от коэффициента KC определяем оптимальное значение коэффициента KC, соответствующее минимуму дисперсии ошибки. Программа расчета в пакете MATLAB приведена в прил.2. Имя программы – dx.m

Л и т е р а т у р а

Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1972. - 767 с.

Приложение 1

ТАБЛИЦА ИНТЕГРАЛОВ

,

где ,

.

.

.

.

.

,

.

Приложение 2

Программа Rst.m

'Расчет и построение графика статистической корреляционной функции'

G=[1.8 1.85 1.52 1.25 1.05 .84 .8 .76 .71 .5...

.4 0 -.21 -.35 -.56 -.8 -.92 -1 -1.4 -1.2 ...

-.97 -.92 -.84 -.81 -.6 -.52 -.5 -.42 -.51 -.6 ...

-.64 -.82 -.8 -.65 -.28 -.15 .25 .4 .38 .27 ...

.15 0 -.1 -.32 -.5 -.62 -.6 -.54 -.4 -.2...

-.12 0 .54 1 1.2 1.4 1.5 1.6 1.7 1.74...

1.8 1.72 1.65 1.54 1.42 1.3 1.2 1.02 .95 .84...

.52 .26 0 -.12 -.24 -.25 -.46 -.83 -1.05 -1.24...

-1.63 -1.85 -1.94 -2.02 -1.96 -1.85 -1.74 -1.67 -1.63 -1.25...

-.86 -.25 0 .53 .72 1.24 1.46 1.55 1.64 1.72...

1.7 1.6 1.4 1.3 .95 .8 .9 1.2 1.1 .85...

.5 .34 .28 .12 0 -.2 -.45 -.56 -.8 -.92...

-.95 -1.1 -1.3 -1.1 -.8 -.56 -.44 -.24 -.1 -.2...

-.34 -.11 0 .15 .4 .5 .55 .62 .48 .32...

.45 .56 .71 .85 .9 .92 .93 .9 .78 .5...

.2 .14 .08 .05 -.11 -.23 -.4 -.5 -.7 -.7...

-.8 -.9 -1.1 -.8 -.5 -.3 -.1 0 .1 .25...

.38 .56 .72 .8 .82 .85 .81 .74 .65 .63...

.61 .45 .38 .23 .15 .16 .21 .25 .25 .26...

.35 .5 .7 .8 .9 1.1 1.2 1.2 1.12 .9];

K=input('Введите значение K=')

for j=1:200;

KG(j)=G(j).*K;

end

i=1:200;

'KG(i)'

KG(i)

for k=1:1:40;

S(k)=0;

for i=1:1:200-k;

S(k)=S(k)+KG(i).*KG(i+k);

end

R(k)=S(k)./(200-k);

end

for k=1:200

S1(k)=0;

S1(k)=S1(k)+KG(k);

end

'Среднее значение случайного процесса равно:'

KGcp=S1(k)./200

k=1:40;

R(k)

plot(R);grid

title(' R*(t)')

Программа RstR.m

'Построение корреляционной функции и аппроксимирующей кривой в одних координатах'

G=[1.8 1.85 1.52 1.25 1.05 .84 .8 .76 .71 .5...

.4 0 -.21 -.35 -.56 -.8 -.92 -1 -1.4 -1.2 ...

-.97 -.92 -.84 -.81 -.6 -.52 -.5 -.42 -.51 -.6 ...

-.64 -.82 -.8 -.65 -.28 -.15 .25 .4 .38 .27 ...

.15 0 -.1 -.32 -.5 -.62 -.6 -.54 -.4 -.2...

-.12 0 .54 1 1.2 1.4 1.5 1.6 1.7 1.74...

1.8 1.72 1.65 1.54 1.42 1.3 1.2 1.02 .95 .84...

.52 .26 0 -.12 -.24 -.25 -.46 -.83 -1.05 -1.24...

-1.63 -1.85 -1.94 -2.02 -1.96 -1.85 -1.74 -1.67 -1.63 -1.25...

-.86 -.25 0 .53 .72 1.24 1.46 1.55 1.64 1.72...

1.7 1.6 1.4 1.3 .95 .8 .9 1.2 1.1 .85...

.5 .34 .28 .12 0 -.2 -.45 -.56 -.8 -.92...

-.95 -1.1 -1.3 -1.1 -.8 -.56 -.44 -.24 -.1 -.2...

-.34 -.11 0 .15 .4 .5 .55 .62 .48 .32...

.45 .56 .71 .85 .9 .92 .93 .9 .78 .5...

.2 .14 .08 .05 -.11 -.23 -.4 -.5 -.7 -.7...

-.8 -.9 -1.1 -.8 -.5 -.3 -.1 0 .1 .25...

.38 .56 .72 .8 .82 .85 .81 .74 .65 .63...

.61 .45 .38 .23 .15 .16 .21 .25 .25 .26...

.35 .5 .7 .8 .9 1.1 1.2 1.2 1.12 .9];

K=input('Введите значение K=');

for j=1:200;

KG(j)=G(j).*K;

end

for k=1:1:40;

S(k)=0;

for i=1:1:200-k;

S(k)=S(k)+KG(i).*KG(i+k);

end

R(k)=S(k)./(200-k);

end

tau2=input ('Введите tau2=');

beta=pi./(2*tau2)

x=R(1).*cos(6.*beta);

y=R(6).*cos(beta);

mu=0.2.*log(x./y)

R0=R(1)./(exp(-mu).*cos(beta))

for k=1:1:40;

z(k)=R0*exp(-mu*k)*cos(beta*k);

end

k=1:1:40;

plot(k,z,'k-', k,R,'k:');grid

legend 'R*(t), ---R(t)'

Программа Dx.m

'Построение графика зависимости дисперсии ошибки от коэффициента Kc'

K=input('Введите K=');

T=input('Введите T=');

fi=input('Введите fi=');

Df=input('Введите Df=');

R0=input('Введите R0=');

mu=input('Введите mu=');

beta=input('Введите beta=');

KGcp=input('Введите среднее значение сигнала KGcp(t)=');

Kc=0;dKc=0.01;

i=1;

while i<2000;

a01=T; a11=2.*mu.*T+1+Kc; a21=T.*(mu.^2+beta.^2)+2.*mu.*(1+Kc);

a31=(1+Kc).*(mu.^2+beta.^2); b01=2.*mu.*R0.*T.^2;

b11=-2.*mu.*R0.*((mu.^2+beta.^2).*T.^2+1); b21=2.*mu.*R0.*(mu.^2+beta.^2);

a02=T; a12=T.*fi+1+Kc; a22=fi.*(1+Kc);

b02=0; b12=2.*Df.*fi.*Kc.^2;

I3=(-a21.*b01+a01.*b11-a01.*a11.*b21./a31)./(2.*a01.*(a01.*a31-a11.*a21));

I2=(-b02+a02.*b12./a22)./(2.*a02.*a12);

x(i)=Kc;

Dx(i)=I3+I2-(KGcp./(1+Kc)).^2;

i=i+1;

Kc=Kc+dKc;

end;

plot(x,Dx);grid

20