Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методы синтеза систем автоматической стабилизацииции и позиционирования

.pdf
Скачиваний:
77
Добавлен:
05.09.2019
Размер:
16.31 Mб
Скачать

=

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

( ) =

Uтг ( )

=

 

53(1, 4 jω + 1)

.

(2.47)

Uз ( )

 

 

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