Методы синтеза систем автоматической стабилизацииции и позиционирования
.pdf= |
TэмTмs2 |
+ (Tэм + Tм )s + 1 |
|
; |
||
T T s2 |
+ |
(T + T |
)s + 1 + к |
|
||
|
р |
|||||
|
эм м |
|
эм м |
|
6) передаточная функция замкнутой системы для ошибки от возмущающего воздействия:
Фf u (s) = |
U (s) |
= − |
Wf (s) |
= |
|
Mc (s) |
1 + Wпр (s) Wтг (s) |
||||
|
|
|
= |
T T s2 |
+ (T |
+T |
)s + 1 |
|
|
||
Eм м |
|
Eм |
|
м |
|
|
; (2.26) |
|
T T s2 |
+ |
(T +T |
)s + 1 + к |
|
||||
|
р |
|||||||
|
Eм м |
|
Eм м |
|
|
6) передавальна функція замкненої системи для похибки від збурювального впливу:
Фf u (s) = |
U (s) |
= − |
Wf (s) |
= |
|
Mo (s) |
1 + Wпр (s) Wтг (s) |
||||
|
|
|
= − |
|
кfp |
|
|
|
. |
= − |
|
кfp |
|
|
|
. |
T T s2 |
+ (T + T )s + 1 + |
к |
|
T T s2 |
+ (T +T |
)s + 1 + |
к |
|
|||||
|
р |
|
р |
||||||||||
|
эм м |
эм м |
|
|
|
Eм м |
Eм м |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.27) |
|
Используя |
теорему |
о конечном |
Використовуючи |
теорему |
|
|
про |
||||||
значении оригинала и уравнения (2.26), |
кінцеве значення оригіналу і рівняння |
||||||||||||
(2.27), получим формулы для расчета |
(2.26), (2.27), отримаємо формули для |
||||||||||||
установившейся ошибки: |
|
|
|
|
розрахунку сталої похибки: |
|
|
|
|||||
1) от задающего воздействия |
|
|
|
1) від задавального діяння |
|
|
|
||||||
|
|
u уст |
= lim |
|
u (t )= lim sФ u (s) Uз (s) = |
|
|
|
|
||||
|
|
(ст) |
t →∞ |
|
|
|
s→0 |
|
|
|
|
|
= lim s |
TэмTмs2 + (Tэм + Tм )s + 1 |
|
× |
||||||
|
+ |
(T |
+ T )s + 1 + |
|
|
||||
s→0 T T s2 |
к |
р |
|||||||
|
|
эм м |
|
эм |
м |
|
|||
|
|
|
× |
Uз |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
uз |
||
|
|
|
|
|
1 + к |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
2) от возмущающего воздействия |
|||||||||
|
|
ufуст |
= lim |
uf (t )= |
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
→∞ |
|
|
|
|
|
|
|
= lim sФf u (s)Mc (s) = |
|
|
|
|
|||
|
|
s→0 |
|
|
|
|
|
|
|
= lim |
|
|
−кfp |
Mcs |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
s→0 |
(TэмTмs2 + (Tэм + Tм )s + 1 + кр )s |
кf m
= − p+ к c ≤ umax . 1 р
= lim s |
T T s2 |
+ (T |
+T |
)s + 1 |
|
× |
||
Eм м |
|
Eм |
|
м |
|
|
||
|
+ |
(T +T |
)s + 1 + к |
|
||||
s→0 T T s2 |
р |
|||||||
|
Eм м |
|
Eм м |
|
|
×Uз = s
≤ umax ; |
|
(2.28) |
||
1) від збурного діяння |
|
|
||
|
uстf = lim |
uf (t )= |
|
|
|
t →∞ |
|
|
|
|
= lim sФf u (s)Mo (s) = |
|
|
|
|
s→0 |
|
|
|
= lim |
−кfp |
Mos |
|
= |
|
|
|
||
s→0 |
(TEмTмs2 + (TEм +Tм )s + 1 + кр )s |
кf m
= − p+ к o ≤ umax . (2.29) 1 р
Решая (2.28), |
(2.29) относитель- |
Розвязуючи (2.28), (2.29) відно- |
но кр и подставляя числовые значе- |
сно кр і підставляючи числові зна- |
|
ния параметров |
при Duз = 0,7 B и |
чення параметрів при Duз = 0,7 B і |
Dmc = 0,002 H × м, получаем: |
Dmo = 0,002 H × м, отримуємо: |
49
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кр1 |
³ |
|
|
|
uз |
|
-1 = |
|
|
0,7 |
-1 =19 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dumax |
0,035 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
кр2 ³ |
|
-кfpDmc |
|
-1 = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кр2 |
³ |
-кfpDmo |
-1 = |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
Dumax |
|
|
1320 × 0,002 |
|
|
|
|
|
|
Dumax |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
-1 = 52,8 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
В качестве |
|
требуемого |
|
для |
|
|
|
Як |
потрібне |
|
|
для |
|
|
подальших |
||||||||||||||||||||||||||||||
дальнейших |
|
|
|
расчетов |
|
|
принимаем |
|
розрахунків |
|
|
|
приймаємо |
|
|
більше |
|||||||||||||||||||||||||||||
большее |
значение |
|
|
коэффициента |
|
значення |
|
|
коефіцієнта |
|
|
|
передачі |
||||||||||||||||||||||||||||||||
передачи |
|
разомкнутой |
|
|
|
|
системы |
|
розімкненої системи крп = 53 . |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
кртр = 53. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Находим |
|
коэффициент |
|
|
|
|
передачи |
|
|
|
Знаходимо коефіцієнт |
|
передачі |
||||||||||||||||||||||||||||||||
корректирующего элемента: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
коригуючого елемента: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
кк |
= |
кртр |
= |
53 |
= 24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кк |
= |
|
|
крп |
|
= |
|
53 |
|
= 24 . |
(2.30) |
||||||||||||
|
|
кр |
2,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кр |
|
2, 2 |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Перепишем |
|
уравнение |
|
|
|
(2.24) |
|
|
с |
|
|
|
Перепишемо |
рівняння |
(2.24) з |
||||||||||||||||||||||||||||||
учетом (2.30): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uтг (s) |
|
|
|
урахуванням (2.30): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W (s) = |
= к W (s) W (s) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uз (s) |
|
|
к |
|
|
пр |
тг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
= |
|
|
|
|
|
|
кртр |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
крп |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
||||
T T s2 |
+ (T + T )s + 1 |
|
|
|
|
|
|
|
T T s2 + (T +T |
)s + 1 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
эм |
м |
|
|
|
эм м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Eм м |
|
|
|
|
|
Eм м |
|
|
|
||||||||||||
|
= |
|
|
|
|
|
кртр |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
крп |
|
|
|
|
|
|
. |
(2.31) |
||||||
|
(T |
|
s + 1)(T s + 1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(TEмs + 1)(Tмs + 1) |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
эм |
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
После |
|
подстановки |
|
|
в |
(2.31) |
|
|
|
Після підстановки в (2.31) число- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
числовых значений параметров получим |
|
вих значень параметрів отримаємо |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W (s) = |
|
Uтг |
(s) |
|
|
|
53 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.32) |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uз (s) |
(0,8s + 1)(0,025s + 1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Получим частотную передаточную функцию разомкнутой системы, произведя в уравнении (2.32) замену s = jω :
Отримаємо частотну передавальну функцію розімкненої системи, виконавши у рівнянні (2.32) заміну s = jω :
W ( jw) = |
Uтг ( jw) |
53 |
|
|
||
|
= |
|
. |
(2.33) |
||
Uз ( jw) |
(0,8 jw + 1)(0,025jw + 1) |
|||||
Умножим и разделим выражение |
Помножимо й розділимо вираз |
|||||
(2.33) на комплексно |
сопряженные |
(2.33) на комплексно |
сполучені |
|||
знаменателю множители: |
|
|
|
знаменнику множники: |
|
50
W ( jw) = |
Uтг ( jw) |
53 |
|
|
(-0,8jw + 1)(-0,025 jw + 1) |
|
||||||
|
|
= |
|
|
|
|
× |
|
|
|
= |
|
Uз ( jw) |
(0,8 jw + 1)(0,025 jw + 1) |
(-0,8jw + 1)(-0,025 jw + 1) |
||||||||||
|
= |
53(-0,02w2 - 0,825 jw + 1) |
= U (w) + jV (w) , |
(2.34) |
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
(0,64w2 + 1)(6, 25 ×10−4 w2 + 1) |
|||||||||||
где вещественная часть |
|
|
де дійсна частина |
|
||||||||
|
|
U (w) = |
|
53(-0,02w2 +1) |
(2.35) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
(0,64w2 +1)(6, 25 ×10−4 w2 +1) |
||||||||||
и мнимая часть |
|
|
і уявна частина |
|
||||||||
|
|
V (w) = - |
43,7 jω |
|
|
|
. |
(2.36) |
||||
|
|
(0,64w2 +1)(6, 25 ×10−4 w2 + 1) |
Используя равенства (2.35), (2.36), получим уравнения амплитудночастотной и фазочастотной характеристик системы
Використовуючи рівності (2.35), (2.36), отримаємо рівняння амплітудночастотної і фазочастотної характеристик системи
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
53 |
|
|
|
|
|
|
|
|
A (w) = U2 (w) + V2 (w) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
(2.37) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
(0,64w2 + 1)(6, 25 ×10−4 w2 + 1) |
||||||||||||||||||||
j(w) = arctg |
V (w) |
= -arctg |
|
|
|
43,7w |
= -arctg |
0,82w |
|
, |
(2.38) |
||||||||||
U (w) |
53(-0,02w2 + 1) |
|
1 - 0,02w2 |
||||||||||||||||||
а также уравнение ЛАЧХ |
|
|
|
|
|
|
|
а також рівняння ЛАЧХ |
|
|
|
|
|||||||||
L(w) = 20lg A (w) = 20lg 53 - 20lg |
|
|
|
|
. (2.39) |
||||||||||||||||
|
0,64w2 + 1 - 20lg |
6, 25 ×10−4 w2 + 1 |
|||||||||||||||||||
Выделим в уравнении ЛАЧХ (2.39) |
Виділимо у рівнянні ЛАЧХ (2.39) |
||||||||||||||||||||
частоты сопряжения |
асимптот |
|
из |
частоти |
|
сполучення асимптот |
з |
||||||||||||||
подкоренных выражений: |
|
|
|
|
|
|
|
підкореневих виразів: |
|
|
|
|
|||||||||
0,64w2 |
=1; ω |
= 1,25 рад/с; lg ω |
|
= 0,1 дек; |
|
|
(2.40) |
||||||||||||||
|
|
c1 |
c1 |
|
|
|
|
|
|
c1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
6,25 ×10−4 w2 =1; ω |
|
= 40 рад/с; lg ω = 1,6 дек. |
|
|
(2.41) |
||||||||||||||||
|
|
|
c2 |
|
c2 |
|
|
|
|
|
|
c2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
Разделим частотную |
область |
|
на |
Розділимо |
частотну |
область |
на |
||||||||||||||
диапазоны: |
|
|
|
|
|
|
|
діапазони: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1) первый диапазон частот |
|
|
|
|
|
1) перший діапазон частот |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
0 < ω ≤ ωc1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Для первого частотного диапазона |
Для першого частотного діапазону |
||||||||||||||||||||
вводится допущение о том, что |
вводиться припущення про те, що |
||||||||||||||||||||
составляющие подкоренных выражений |
складові |
|
підкореневих |
|
|
виразів |
|||||||||||||||
логарифмов в уравнении (2.39) |
|
|
|
|
|
логарифмів у рівнянні (2.39) |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
0,64w2 1; 6,25 ×10−4 w2 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
и ими можно пренебречь. |
Тогда урав- |
і ними можна знехтувати. Тоді рівнян- |
51
нение первой асимптоты примет вид |
|
|
|
ня першої асимптоти матиме вигляд |
||||||||||||||
|
L1 (w) = 20lg 53 - 20lg |
|
|
- 20lg |
|
= 20lg 53 = 34,5 дБ; |
|
|||||||||||
|
1 |
1 |
(2.42) |
|||||||||||||||
|
2) второй диапазон частот |
|
|
|
|
|
2) другий діапазон частот |
|
||||||||||
|
|
|
ωc1 < ω ≤ ωc2 . |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Для второго |
частотного диапазона |
|
|
Для другого частотного діапазону |
|||||||||||||
допускается, |
что |
составляющие |
допускається, |
|
|
що |
складові |
|||||||||||
подкоренных выражений логарифмов в |
підкореневих |
виразів логарифмів у |
||||||||||||||||
уравнении (2.39) |
|
|
|
|
|
рівнянні (2.39) |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
0,64w2 1; 6,25 ×10−4 w2 1 |
|
|
|
|
|
||||||||||
и |
уравнение |
второй |
асимптоты |
і рівняння другої асимптоти набуває |
||||||||||||||
принимает вид |
L2 (w) = 20lg 53 - 20lg |
вигляду |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
0,64w2 - 20lg |
|
= |
|
|
|||||||||||
|
|
|
1 |
|
||||||||||||||
|
|
= 20lg 53 − 20lg 0,8ω = 34,5 − 20lg 0,8ω; |
(2.43) |
|||||||||||||||
|
3) третий диапазон частот |
|
|
|
|
|
2) третій діапазон частот |
|
||||||||||
|
|
|
ωc2 < ω < ∞ . |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
В третьем |
частотном диапазоне |
|
|
У третьому |
|
частотному |
діапазоні |
||||||||||
составляющие подкоренных выражений |
складові |
підкореневих |
виразів |
|||||||||||||||
логарифмов в уравнении (2.39) |
|
|
|
логарифмів у рівнянні (2.39) |
|
|||||||||||||
|
|
|
0,64w2 1; 6,25 ×10−4 w2 1 |
|
|
|
|
|
||||||||||
и уравнение третьей асимптоты будет |
і рівняння третьої асимптоти буде мати |
|||||||||||||||||
иметь вид |
|
|
|
|
|
вигляд |
|
|
|
|
|
|||||||
|
L3 (w) = 20lg53 - 20lg |
|
- 20lg |
|
= |
|
||||||||||||
|
0,64w2 |
6,25 ×10−4 w2 |
|
|||||||||||||||
|
|
= 34,5 - 20lg 0,8w - 20lg 2,5 ×10−2 w . |
|
|
|
(2.44) |
Наклоны асимптот в соответствии с выражениями (2.42)–(2.44) будут такими:
1)0 дБ/дек для первой;
2)–20 дБ/дек для второй;
3)–40 дБ/дек для третьей. Уравнения (2.42)–(2.44) позволяют
построить с учетом наклонов располагаемую асимптотическую ЛАЧХ Разомкнутой САС, удовлетворяющую требованиям к точности функциониро-
вания |
в установившемся |
режиме |
(рис. 2.12, а). |
|
|
Дополним график ЛАЧХ графиком |
||
ЛФЧХ |
располагаемой |
системы |
(рис. 2.12, б), используя уравнение
(2.38).
Нахили асимптот відповідно до виразів (2.42)–(2.44) будуть такими:
1)0 дБ/дек для першої;
2)–20 дБ/дек для другої;
3)–40 дБ/дек для третьої. Рівняння (2.42)–(2.44) дозволяють
побудувати з урахуванням нахилів наявну асимптотичну ЛАЧХ розімкненої САС, яка задовольняє вимоги щодо точності функціонування у сталому режимі (рис. 2.12, а).
Доповнимо графік ЛАЧХ графіком ЛФЧХ наявної системи (рис. 2.12, б), використавши рівняння (2.38).
Построение желаемой ЛАЧХ и |
Побудова бажаної ЛАЧХ і ЛАЧХ |
52
ЛАЧХ корректирующего элемента,
определение передаточной функции КЭ.
Построение желаемой ЛАЧХ начнем с нахождения желаемой частоты среза ωсрж системы, исходя из
требуемых |
значений |
показателей |
качества tппmax и σmax . |
Для этого |
воспользуемся номограммой на рис. 2.5,
согласно |
которой |
заданному |
перерегулированию |
σmax = 20 % |
соответствует соотношение
= 3,1π
tпп ωср .
а
б
Рис. 2.12. Логарифмические частотные характеристики: а – ЛАЧХ; б – ЛФЧХ; Lp – располагаемая; Lж – желаемая;
Lк – корректирующего элемента; ϕp – располагаемая; ϕж – желаемая
Следовательно, желаемая частота
коректуючого елемента, визначення
передавальної функції КЕ
Побудову бажаної ЛАЧХ почнемо з знаходження бажаної частоти зрізу ωзрБ системи, виходячи з потрібних
значень показників якості tппmax і σmax . Для цього скористаємося
номограмою на рис. 2.5, згідно з якою заданому перерегулюванню σmax = 20 % відповідає співвідношення
= 3,1π
tпп ωзрБ .
Рис. 2.12. Логарифмічні частотні характеристики: а – ЛАЧХ; б – ЛФЧХ; Lн – наявна; Lб – бажана;
Lк – коректувального елемента; ϕн – наявна; ϕб – бажана
Отже, бажана частота зрізу при
53
среза при tппmax = 1,2 с будет равна
ωсрж = 3,1π = 7,85 рад/с; 1, 2
lg ωсрж = 0,9 дек.
Через точку на оси частот, соответствующую lg ωcрж = 0,9 дек, проводим
среднечастотную асимптоту с наклоном
– 20 дБ/дек и ограничиваем её слева и справа точками на расстоянии от оси частот, равном запасам по модулю Lз .
Значение |
определяем |
с помощью |
графиков |
зависимости |
запасов по |
модулю и по фазе от перерегулирования (рис. 2.6), согласно которым для
σmax = 20 % получаем Lз = 21 дБ.
Низкочастотная асимптота желаемой характеристики совпадает с низкочастотной асимптотой располагаемой характеристики, поскольку её положение определяется требуемым значением коэффициента передачи разомкнутой системы кртр = 53.
tппmax = 1,2 с буде дорівнювати
ωзрБ = 3,1π = 7,85 рад/с; 1, 2
lg ωзрБ = 0,9 дек.
Через точку на осі частот, що відповідає lg ωзрБ = 0,9 дек, проводимо
середньочастотну асимпоту з нахилом -20 дБ/дек та обмежуємо її зліва і справа точками на відстані від осі частот, що дорівнює запасам за модулем Lз . Значення Lз визначаємо за
допомогою графіків залежності запасів за модулем й за фазою від перерегулювання (рис. 2.6), згідно з якими для σmax = 20 % отримуємо Lз = 21 дБ.
Низькочастотна асимтота бажаної характеристики збігається з низькочастотною асимтотою наявної характеристики, оскільки її положення визначається потрібним значенням коефіцієнта передачі розімкненої системи крп = 53 .
Сопряжение среднечастотного уча- |
Сполучення |
середньочастотної |
|||||
стка желаемой ЛАЧХ и низкочастотно- |
ділянки бажаної ЛАЧХ і низько- |
||||||
го участка располагаемой ЛАЧХ прово- |
частотної |
ділянки наявної |
ЛАЧХ |
||||
дим с помощью промежуточной асим- |
проводимо |
за допомогою проміжної |
|||||
птоты, которая имеет наклон –40 дБ/дек |
асимптоти, |
яка має нахил –40 |
дБ/дек |
||||
(рис. 2.12). |
|
(рис. 2.12). |
|
|
|
|
|
Область высоких частот сущест-- |
Область високих частот суттєво не |
||||||
венно не влияет на качество переходно- |
впливає на якість перехідного процесу |
||||||
го процесса потому, что объект |
тому, що об’єкт керування завдяки |
||||||
управления в силу своей инерционности |
своїй |
інерційності |
пригнічує |
||||
подавляет высокочастотный сигнал, то |
високочастотний сигнал, тобто являє |
||||||
есть представляет собой фильтр низких |
собою фільтр низьких частот. |
|
|||||
частот. |
|
|
|
|
|
|
|
Исходя из этого в высокочастотной |
Виходячи |
з |
цього |
у |
|||
области желаемую ЛАЧХ формируем с |
високочастотній області бажану ЛАЧХ |
||||||
помощью |
асимптоты |
с наклоном |
формуємо за допомогою асимптоти з |
||||
–40 дБ/дек параллельно располагаемой |
нахилом |
–40 |
дБ/дек |
паралельно |
|||
характеристике (рис. 2.12). |
наявній характеристиці (рис. 2.12). |
||||||
ЛАЧХ корректирующего элемента |
ЛАЧХ |
коректувального елемента |
|||||
получим |
графическим |
вычитанием из |
отримаємо графічним відніманням від |
54
желаемой |
ЛАЧХ |
располагаемой |
бажаної ЛАЧХ наявної характеристики |
характеристики Lк (ω) = Lж (ω) − Lp (ω) |
Lк (ω) = LБ (ω) − Lн (ω) (рис. 2.12). |
||
(рис. 2.12). |
|
|
|
По графику Lк (ω) определяем |
За графіком Lк (ω) визначаємо |
||
частоты |
сопряжения |
и постоянные |
частоти сполучення та сталі часу |
времени корректирующего элемента: |
|
|
|
коригувального елемента: |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
lg ωк1 = −0,5 дек; lg ωк2 = −0,15 дек; lg ωк3 = 0,1 дек; |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
lg ωк4 = 1,6 дек; lg ωк5 = 1,93 дек; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
ω |
|
= 10−0,5 = 0,316 рад/с; ω |
2 |
= 10−0,15 = 0,71 рад/с; ω |
|
|
= 100,1 |
= 1, 26 рад/с; |
||||||||||||||||||||||||
к1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к3 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
ω |
4 |
= 101,6 |
= 39,8 рад/с; ω |
= 101,93 |
= 84,1 рад/с; |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Tк1 |
= |
|
|
1 |
≈ 3, 2 |
с; Tк2 = |
1 |
|
= 1, 4 с; Tк3 = |
|
1 |
|
= 0,8 |
с; |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
0,316 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,71 |
|
|
|
|
1, 26 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Tк4 |
= |
|
1 |
|
= 0,025 с; Tк5 |
= |
1 |
|
= 0,012 с. |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
84,1 |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
39,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Записываем |
|
|
|
|
|
|
передаточную |
|
|
Записуємо передавальну функцію |
||||||||||||||||||||||
функцию корректирующего элемента: |
|
|
|
коригуючого елемента: |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
W |
(s) = |
Uк (s) |
= |
кк (Tк2s + 1)(Tк3s + 1)(Tк4s + 1) |
= |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
к |
|
|
|
E (s) |
|
|
|
|
|
|
(Tк1s + 1)2 (Tк5s + 1) |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
24(1, 4s + 1)(0,8s + 1)(0,025s + 1) |
. |
|
|
|
(2.45) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3, 2s + 1)2 (0,012s + 1) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Используя |
выражения |
(2.24) |
|
и |
|
|
Використовуючи вирази (2.24) і |
|||||||||||||||||||||||||
(2.45), получаем передаточную функ- |
(2.45), |
|
|
отримуємо |
передавальну |
|||||||||||||||||||||||||||
цию |
скорректированной |
разомкнутой |
функцію |
|
скоригованої розімкненої |
|||||||||||||||||||||||||||
системы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(s) |
|
системи: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
W (s) = |
Uтг |
= W (s) W (s) = |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Uз (s) |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ск |
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
53(1, 4s + 1) |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
(2.46) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3, 2s + 1)2 (0,012s + 1) |
|
|
|
|
|
|
|
Получим частотную передаточную функцию разомкнутой системы, произведя в уравнении (2.46) замену s = jω :
Отримаємо частотну передавальну функцію розімкненої системи, виконавши у рівнянні (2.46) заміну s = jω :
W |
( jω) = |
Uтг ( jω) |
= |
|
53(1, 4 jω + 1) |
. |
(2.47) |
Uз ( jω) |
|
|
|||||
ск |
|
|
(3, 2 jω + 1)2 (0,012 jω + 1) |
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
Умножим и разделим выражение |
Домножимо й |
розділимо вираз |
|||||
(2.47) на комплексно сопряженные |
(2.47) на комплексно |
сполучені |
|||||
знаменателю множители: |
|
|
знаменнику множники: |
|
55
|
|
|
|
|
|
|
W ( jw) = |
Uтг |
( jw) |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Uз |
( jw) |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ск |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
53(1, 4 jw + 1) |
|
|
(-3, 2 jw + 1)2 (-0,012 jw + 1) |
|
|||||||||||||||
= |
|
|
|
|
|
|
× |
(-3, 2 jw + 1)2 (-0,012 jw + 1) = |
|
|||||||||||
(3, 2 jw + 1)2 (0,012 jw + 1) |
|
|||||||||||||||||||
= |
53(-0,17w4 -14,3jw3 -1,3w2 - 5jw + 1) , |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
(10, 24w2 + 1)2 (1,44 ×10−4 w2 + 1) |
|
|
|
|
||||||||||||
где вещественная часть |
|
|
|
|
|
|
|
де дійсна частина |
|
|
|
|||||||||
|
U (w) |
= |
|
|
53(-0,17w4 -1,3w2 + 1) |
|
|
(2.48) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
(10,24w2 + 1)2 (1, 44 ×10−4 w2 + 1) |
|
|
|||||||||||||||||
и мнимая часть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
і уявна частина |
|
|
|
|||||||
|
V (w) = |
|
|
|
53(-14,3w3 - 5w) |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
. |
|
|
(2.49) |
|||||||||||||
|
(10,24w2 + 1)2 (1, 44 ×10−4 w2 + 1) |
|
|
|||||||||||||||||
Используя равенства (2.48), |
(2.49), |
|
Використовуючи |
рівності (2.48), |
||||||||||||||||
получим уравнение |
|
|
фазочастотной (2.49), |
|
отримаємо |
рівняння |
||||||||||||||
характеристики системы: |
|
|
|
|
|
|
|
фазочастотної характеристики системи: |
||||||||||||
jж (w) = arctg |
V (w) |
= |
|
|
|
|
|
jБ (w) = arctg |
V (w) |
|
= |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
U (w) |
||||||||||||||
|
|
|
U (w) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
= -arctg |
14,3w3 + 5w |
|
. |
|
|
(2.50) |
||||||||||
|
|
|
|
-0,17w4 -1,3w2 + 1 |
|
|
||||||||||||||
По уравнению (2.50) строим ЛФЧХ |
За |
рівнянням |
(2.50) |
будуємо |
||||||||||||||||
желаемой системы (рис. 2.12, б). |
|
|
|
ЛФЧХ бажаної системи (рис. 2.12, б). |
Расчет переходных характеристик скорректированной системы, определе-
ние показателей качества.
Для расчета переходных характеристик запишем передаточные функции замкнутой скорректированной системы по задающему и возмущающему воздействиям:
|
|
|
|
|
|
Фск (s) = |
||
= |
|
Wк (s) Wум (s) Wдв (s) |
|
|
= |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 + W |
(s)W |
(s)W |
(s) W |
|
(s) |
||
|
|
к |
ум |
дв |
тг |
|
|
Розрахунок перехідних характеристик скоригованої системи, визна-
чення показників якості.
Для розрахунку перехідних характеристик запишемо передавальні функції замкненої скоригованої системи за задавальним і збурним діяннями:
W((s)) =
Uз s
= |
|
Wк (s) Wпп (s) Wдв (s) |
|
= |
|||
|
1 + W |
(s) W |
(s) W |
(s)W |
(s) |
||
|
|
к |
пп |
дв |
тг |
|
|
56
= |
|
кпр (Tк2s + 1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
= |
|
|
|
|
кпр (Tк2s + 1) |
|
|
= |
|||||||
(T s + 1)2 |
(T |
s + 1) + к |
ртр |
(T |
|
s + 1) |
(T s + 1)2 |
(T |
s + 1) |
+ к |
рп |
(T |
s + 1) |
||||||||||||||
|
к1 |
к5 |
|
к2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
к1 |
|
|
|
к5 |
|
|
к2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
кпр (Tк2s + 1) |
|
, |
|
|
|
|
|
|
(2.51) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
a |
3 |
s3 |
+ a |
2 |
s2 + a s + a |
0 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
де |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
a |
3 |
= T2 T |
|
; a |
2 |
= 2T T |
+ T2 |
|
; |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
к1 к5 |
|
|
|
|
к1 к5 |
|
к1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
a1 = 2Tк1 + Tк5 + кртрTк2 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a1 = 2Tк1 + Tк5 + крпTк2 ; |
|
|
||||||||||||||
|
a0 = 1 + кртр ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a0 = 1 + крп ; |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
кпр = кккумкд; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
крп = кккппкд ; |
|
|
|
|
|
|||||||
|
кртр = кккумкдктг ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
крп = кккппкдктг ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
Фскf (s) = |
Ω(s) |
|
= |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Mc (s) |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
= |
|
|
|
Wf (s) |
|
|
|
|
|
|
= |
||||
|
|
|
д |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1 + Wк (s) Wум (s) Wд (s)Wтг (s) |
|||||||||||||||
= |
кf |
(T s + 1)2 |
(T |
|
s + 1) |
× |
|
|
|||||||
д |
к1 |
|
|
к5 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
(Tэмs + 1)(Tмs + |
1) |
|
|
|
|
|||||||
× |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
(T s + 1)2 (T |
s + 1) |
+ к |
ртр |
(T |
|
s + 1) |
|||||||||
|
к1 |
|
к5 |
|
|
|
к2 |
|
|
|
|
|
|
|
Фскf (s) = |
Ω(s) |
|
|
= |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Mo (s) |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
= |
|
|
|
Wдf (s) |
|
|
|
|
|
|
|
= |
|||||
1 + W |
(s)W |
|
(s) W |
(s)W |
|
|
(s) |
||||||||||
|
|
|
к |
пп |
|
д |
|
|
|
тг |
|
|
|
||||
= |
кf |
(T s + 1)2 (T |
|
s + 1) |
× |
|
|
||||||||||
|
д |
к1 |
|
|
к5 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
(TEмs + 1)(Tмs + 1) |
|
|
|
|
|
||||||||
× |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
(T s + 1)2 (T |
s + 1) + к |
рп |
(T |
|
s + 1) |
||||||||||||
|
|
к1 |
|
|
к5 |
|
|
|
к2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
кf |
(T s + 1)2 (T |
|
s + 1) |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
д |
к1 |
|
к5 |
|
|
|
, |
(2.52) |
|||
|
|
|
|
|
|
a |
s5 |
+ a |
4 |
s4 + a |
s3 + a |
2 |
s2 + a s + a |
0 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
3 |
|
|
1 |
|
|
|
||||
где a |
5 |
= T2 T |
T |
T ; |
|
|
|
|
де a |
5 |
= T2 T |
T T ; |
|||||||
|
|
к1 |
к5 |
эм м |
|
|
|
|
|
|
к1 к5 |
Eм м |
|||||||
a4 = (2Tк1Tк5 + Tк21 )TэмTм + |
|
|
|
|
a4 = (2Tк1Tк5 + Tк21 )TEмTм + |
||||||||||||||
+T2 T |
(T + T ) ; |
|
|
|
|
|
|
+T2 T |
(T |
+ T ) ; |
|||||||||
|
|
к1 |
к5 |
|
эм |
м |
|
|
|
|
|
|
|
к1 к5 |
|
Eм |
м |
||
a3 = (2Tк1 + Tк5 + кртрTк2 )TэмTм + |
|
|
a3 = (2Tк1 + Tк5 + крпTк2 )TEмTм + |
||||||||||||||||
+ (2Tк1Tк5 + Tк21 )(Tэм + Tм ) + |
|
|
|
+ (2Tк1Tк5 + Tк21 )(TEм + Tм ) + |
|||||||||||||||
+T2 T |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+T2 T |
; |
|
|
|
||||
|
|
к1 |
к5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к1 к5 |
|
|
|
|
a2 = (1 + кртр )TэмTм + (Tэм + Tм ) × |
|
a2 = (1 + крп )TEмTм + (TEм + Tм ) × |
|||||||||||||||||
×(2Tк1 + Tк5 + кртрTк2 ) + 2Tк1Tк5 + Tк21; |
×(2Tк1 + Tк5 + крпTк2 ) + 2Tк1Tк5 + Tк21 ; |
||||||||||||||||||
a1 = (1 + кртр )(Tэм + Tм ) + 2Tк1 + |
|
|
a1 = (1 + крп )(TEм + Tм ) + 2Tк1 + |
||||||||||||||||
+Tк5 + кртрTк2 ; |
|
|
|
|
|
|
+Tк5 + крпTк2 ; |
57
a0 = 1 + кртр . |
|
|
|
|
|
|
a0 = 1 + крп . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
После подстановки в (2.51), (2.52) |
Після підстановки у (2.51), (2.52) |
||||||||||||||||||||
числовых значений параметров полу- |
числових |
значень |
параметрів |
||||||||||||||||||
чим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отримаємо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фск (s) = |
W(s) |
= |
|
883,2(1, 4s +1) |
|
|
|
; |
|
|
|
(2.53) |
|||||||
|
Uз (s) |
0,123s3 |
+ 10,32s2 + 80,61s + |
54 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Фскf (s) = |
W(s) |
= |
|
|
|
|
Фскf (s) = |
W(s) |
= |
|
||||||||||
|
Mc (s) |
|
|
|
|
Mo (s) |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
2, 2 ×104 (3,2s + 1)2 (0,012s + 1) |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
= - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
(2.54) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
0,002s5 + 0,266s4 + 10,25s3 + 77,9s2 + 125,16s + 54 |
|
|
||||||||||||||||
Найдем корни характеристических |
Знайдемо |
корені характеристи- |
|||||||||||||||||||
уравнений |
передаточных |
|
функций |
чних рівнянь |
передавальних |
функцій |
|||||||||||||||
(2.53), (2.54), для чего воспользуемся |
(2.53), (2.54), для чого скористаємося |
||||||||||||||||||||
функцией roots(p) пакета MatLab [5]: |
функцією roots(p) пакета MatLab [5]: |
||||||||||||||||||||
1) корни (2.53) |
|
|
|
|
|
|
1) корені (2.53) |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
s1 = −75,48 ; s2 = −7,74 ; s3 = −0,74 ; |
|
|
|
|
|
|
(2.55) |
|||||||||
2) корни (2.54) |
|
|
|
|
|
|
2) корені (2.54) |
|
|
||||||||||||
|
s1 = −75,48 ; s2 = −40 ; s3 = −7,74 ; s4 = −1, 25 ; s5 = −0,74 . |
(2.56) |
|||||||||||||||||||
После |
преобразования |
уравнений |
Після перетворення рівнянь (2.53), |
||||||||||||||||||
(2.53), (2.54) с учетом (2.55), (2.56) к |
(2.54) з урахуванням (2.55), (2.56) до |
||||||||||||||||||||
стандартному виду получим |
|
|
|
|
стандартного вигляду отримаємо |
||||||||||||||||
|
Фск (s) = |
W(s) |
|
= |
|
|
16(0,012s + 1) |
|
; |
|
|
|
|
(2.57) |
|||||||
|
Uз (s) |
(1,35s + 1)(0,13s + 1)(0,013s + 1) |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Фскf (s) = |
W(s) |
= |
|
|
|
|
Фскf (s) = |
W(s) |
= |
|
||||||||||
|
Mc (s) |
|
|
|
|
Mo (s) |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
407, 4(3, 2s + 1)2 (0,012s + 1) |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
= - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
(2.58) |
||||||||
|
(1,35s + 1)(0,8s + 1)(0,13s + 1)(0,025s + 1)(0,013s + 1) |
|
Сформируем входные задающее и возмущающее ступенчатые воздействия с амплитудой в пределах диапазонов линеаризации статических характеристик функциональных элементов систе-
мы: Duз = 0,7 ×1(t ) ; DMc = 0,002 ×1(t ) .
Сформуємо вхідні задавальний і збурний ступінчасті діяння з амплітудою у межах діапазонів лінеаризації статичних характеристик функціональних елементів системи: Duз = 0,7 ×1(t ) ;
DMo = 0,002 ×1(t ) .
По методике, изложенной в [6], получим уравнения и построим графики переходных характеристик САС с использованием выражений (2.57),
(2.58)
Згідно з методикою, викладеною в [6], отримаємо рівняння і побудуємо графіки перехідних характеристик САС з використанням виразів (2.57),
(2.58)
58