- •Введение
- •1.1. Предисловие к теории управления.
- •1.2. Основные понятия теории управления.
- •1.3. Классификация систем управления.
- •1.4. Организационно-экономические системы управления.
- •Тема 2. Общие принципы управления
- •2.1. Фундаментальные принципы управления
- •2.2. Статические характеристики систем управления
- •2.3. Динамический режим систем
- •2.4. Уравнения состояния систем управления
- •2.5. Структурные схемы систем управления [7].
- •2.6. Устойчивость и качество систем управления [2, 13].
- •Тема 3. Системы автоматического управления
- •3.1. Структура и функциональные компоненты сау .
- •3.2. Математическая модель объекта управления [1, 8].
- •3.3. Временные характеристики сау [7, 8].
- •3.4. Частотные характеристики сау .
- •3.5. Характеристики элементарных звеньев систем
- •3.6. Построение моделей вход-выход .
- •Тема 4. Устойчивость систем автоматического управления
- •4.1. Критерии устойчивости.
- •4.2. Частотные критерии устойчивости.
- •4.3. Запас устойчивости систем
- •4.4. Точность систем.
- •4.5. Качество систем
- •4.6. Случайные процессы в системах
- •Тема 5. Цифровые системы автоматического управления
- •5.1. Дискретные системы автоматического управления
- •5.2. Цифровые средства обработки информации в системах
- •5.3. Сетевые компоненты систем
- •Тема 6. Математические модели дискретных систем управления
- •6.1. Основные понятия
- •6.2. Математическое описание систем дискретного управления
- •6.3. Модели состояния линейной дискретной системы
- •Тема 7. Эвм в системах управления
- •7.1. Цифровые системы управления
- •7.2. Эвм в контурах систем управления
- •7.3. Системы управления предприятием
- •7.4. Обеспечение работы систем управления
- •7.5. Программное обеспечение систем управления
- •Литература
3.4. Частотные характеристики сау .
Понятие частотных характеристик является важнейшим понятием, широко применяемым в теории управления. Методы, основанные на применении частотных характеристик, являются наиболее удобными в инженерной практике в классе систем с одним входом и выходом.
Функция W(j), равная отношению выходного сигнала к входному при изменении входного сигнала по гармоническому закону, называется частотной передаточной функцией. Она может быть получена путем замены p на j в выражении W(p). В более общей формулировке частотную передаточную функцию можно представить в виде отношения частотных спектров выходного и входного сигнала:
W(j) = Y(j)/U(j) = W(p)|p=j.
Частотная передаточная функция линейного звена является изображением Фурье его импульсной функции и может определяться по интегральному преобразованию:
W(j) = h(t) exp(-jt) dt.
Для односторонних функций h(t), W(j) есть комплексная функция, которую иногда называют амплитудно-фазо-частотной характеристикой (АФЧХ):
W(j) = A() exp(j()) = P() + jQ(),
где P() - вещественная, Q() - мнимая частотные характеристики, А() - амплитудная частотная характеристика (АЧХ), () - фазовая частотная характеристика (ФЧХ). АЧХ дает отношение амплитуд выходного и входного сигналов, ФЧХ - сдвиг по фазе выходной величины относительно входной:
A() = Um /Ym = |W(j)| = ,
() = arctg(Q()/P()).
Рис. 3.4.1.
Для частотного анализа систем применяется также раздельное построение графиков АЧХ и ФЧХ, если в том появляется необходимость.
Логарифмические частотные характеристики. В практике автоматики широкое применение находят частотные характеристики в логарифмических масштабах. Применение логарифмического масштаба позволяет наглядно изображать характеристики в большом диапазоне частот, представлять характеристики отрезками ломанных линии и определять характеристики сложных систем простым суммированием характеристик, входящих в эти системы элементов.
Частота в логарифмическом масштабе измеряется в декадах. Две частоты 1 и 2 отличаются на одну декаду если 2/1 = 10, lg(2/1) = 1. Относительные амплитуды в логарифмическом масштабе выражаются в децибелах. Две мощности w1 и w2 отличаются на один децибел, если 10 lg(w1/w2) = 1. Так как мощности относятся как квадраты образующих их первообразных (напряжений, токов, сил и т.д.), то две первообразные a1 и а2 будут отличаться на один децибел, если 10 lg(а12 /а22) = 1 20 lg(а1/а2) = 1.
В CАУ широко используются логарифмические амплитудная (ЛАЧХ) и фазовая (ЛФЧХ) частотные характеристики (рис. 3.4.2). Они получаются путем логарифмирования передаточной функции:
lg[W(j)] = lg[A() exp(j()] = lg[A()]+lg[exp(j()] = L() + ().
ЛАЧХ получают из первого слагаемого, которое умножается на 20, то есть L()=20 lg A(). Величина L() откладывается по оси ординат в децибелах. Изменению сигнала в 10 раз соответствует изменение его уровня на 20 дБ. По оси абсцисс откладывается частота в логарифмическом масштабе, единичным промежуткам по оси абсцисс соответствует изменение в 10 раз.
Рис. 3.4.2.
Частотные характеристики являются исчерпывающими характеристиками системы, по которым можно восстановить ее передаточную функцию и определить параметры.