- •Радиоавтоматика Учебное пособие
- •Оглавление
- •1 Основные понятия
- •1.1. Система автоматической подстройки частоты
- •1.2.. Система фазовой автоподстройки частоты
- •1.3. Система автоматического сопровождения цели бортовой рлс
- •1.4. Система автоматической регулировки усиления
- •1.5. Система измерения дальности рлс
- •1.6. Обобщенная структурная схема системы ра
- •1.7. Классификация систем ра
- •2. Линейные непрерывные системы автоматического управления
- •2.1. Уравнение состояния системы
- •2.2. Методы линеаризации
- •2.2.1. Линеаризация статической нелинейности
- •2.2.2. Линеаризация динамической нелинейности.
- •2.3. Математические методы описания характеристики линейных непрерывных систем
- •2.3.1. Дифференциальные уравнения n-го порядка
- •2.3.2. Передаточная функция
- •2.3.3. Частотные характеристики
- •2.3.3.1. Комплексный коэффициент передачи
- •2.3.3.2. Амплитудно-фазовая характеристика (афх)
- •2.3.3.3. Логарифмические частотные характеристики (лах)
- •2.3.4. Временные характеристики
- •2.3.4.1. Импульсная переходная характеристика
- •2.3.4.2. Переходная характеристика
- •2.3.5. Методы определения временных характеристик
- •2.3.5.1. Классический метод
- •2.3.5.2. Методы, основанные на использовании преобразования Лапласа
- •2.3.5.3. Моделирование сау
- •2.4 Типовые звенья
- •Идеальное усилительное звено.
- •2.4.2 Идеальное интегрирующее звено.
- •2.4.3 Инерционное звено.
- •2.4.3.1. Комплексный коэффициент передачи звена и его характеристики
- •2.4.3.2. Логарифмические частотные характеристики (лах)
- •2.4.3.3. Временные характеристики инерционного звена
- •2.4.4. Форсирующее звено
- •2.4.4.1. Передаточная функция форсирующего звена
- •2.4.4.2. Комплексный коэффициент передачи звена и его характеристики
- •2.4.5. Сравнение свойств интегрирующего и инерционного звеньев
- •2.4.6. Колебательное звено
- •2.5. Структурные преобразования
- •2.5.1. Стандартные соединения
- •2.5.1.1. Параллельное соединение элементов
- •2.5.1.2. Последовательное соединение элементов
- •2.5.1.3. Встречно – параллельное соединение элементов
- •2.5.2. Система с единичной отрицательной обратной связью
- •2.5.3. Системы с двумя входными воздействиями
- •2.6 Устойчивость линейных непрерывных систем
- •2.6.1. Определение устойчивости
- •2.6.2. Анализ устойчивости по расположению корней характеристического уравнения
- •2.6.3. Критерий Михайлова
- •2.6.4. Критерий Найквиста
- •2.6.4.1.Общий случай критерия Найквиста
- •2.6.4.2. Частный случай. Устойчивые в разомкнутом состоянии системы
- •2.7. Показатели качества линейных непрерывных систем
- •2.7.1. Показатели, определяемые по виду переходной характеристики
- •2.7.2.1. Показатели качества, определяемые по виду амплитудно – частотной характеристики системы в замкнутом состоянии .
- •2.7.2.2. Показатели качества, определяемые по виду логарифмических частотных характеристик
- •2.7.2.3. Показатели качества, определяемые по виду амплитудно – фазовой характеристики системы в разомкнутом состоянии (афх)
- •2.8. Показатели точности в установившемся режиме работы системы
- •2.8.1. Ошибки по регулярному задающему воздействию х(t)
- •2.8.2. Ошибки, вызванные помехой f(t)
- •2.9. Техническое задание, запретные зоны
- •2.9.1. Техническое задание на проектирование системы
- •2.9.2. Построение запретных зон по колебательности
- •2.9.3. Построение запретных зон по точности
- •2.10. Коррекция системы
- •2.10.1. Последовательный корректирующий фильтр
- •2.10.2. Пример коррекции системы
- •2.10.2.1. Построение логарифмических частотных характеристик (лах).
- •2.10.2.2. Построение амплитудно – фазовой характеристики (афх).
- •2.10.2.3. Регулярные ошибки в установившемся режиме
- •2.10.2.4. Случайные ошибки в установившемся режиме
- •2.10.2. Применение последовательного корректирующего фильтра
- •2.10.3. Анализ полученных результатов
- •2.10.3.1. Применение фильтра с опережением по фазе
- •2.10.2.2. Применение фильтра с запаздыванием по фазе
- •3. Системы с прерывистым режимом работы
- •3.1. Импульсные системы радиоавтоматики
- •Контрольные вопросы
- •3.2. Понятие о дискретных функциях и разностных уравнениях
- •Контрольные вопросы
- •3.3. Дискретное преобразование Лапласа и z - преобразование
- •Изображение часто встречающихся функций времени
- •3.4. Передаточные функции импульсных автоматических систем
- •3.5. Оценка устойчивости импульсной автоматической системы
- •Контрольные вопросы
- •3.6. Качество процессов в линейных импульсных системах
- •Контрольные вопросы
- •3.7. Цифровые системы радиоавтоматики
- •3.8. Цифровая фильтрация
- •Библиографический список
- •1 Основная литература
- •2 Дополнительная литература
2.3.5.2. Методы, основанные на использовании преобразования Лапласа
В общем случае согласно определению передаточной функции (см.(2.13)) справедливо соотношение
что позволяет определить формулы для вычисления изображений временных характеристик.
а) (2.31)
б) (2.32)
Если задана передаточная функция , то, используя обратное преобразование Лапласа, определяются функции и . Самым универсальным является метод, основный на применении теоремы о вычетах.
Пусть известны корни характеристического уравнения (2.15) . Тогда аналогично формуле (2.16) справедливо соотношение
(2.33)
Применяя обратное преобразование Лапласа, получим выражение, совпадающее с (2.26)
. (2.34)
При разложении изображения появляется дополнительный нулевой корень его характеристического уравнения . Таким образом,
2.3.5.3. Моделирование сау
Определение временных характеристик с применением описанных выше методов, если и возможно, то весьма трудоемко даже для систем невысокого порядка. Поэтому широко используется моделирование систем: аналоговое или цифровое, наиболее распространенное в последнее время. Различают два вида моделирования: структурное и абстрактное.
а) Структурное моделирование.
Состав и закон изменения машинных переменных модели непосредственно совпадают с составом и законом изменения физических переменных, отличающихся только масштабными коэффициентами.
б) Абстрактное моделирование.
Для упрощения математического описания системы производится замена физических переменных системы некоторыми абстрактными. С участием абстрактных переменных формируется аналоговая или цифровая модель. Примером абстрактной математической модели является описание системы дифференциальными уравнениями.
2.4 Типовые звенья
В предыдущем разделе было показано, что любая передаточная функция может быть представлена как произведение передаточных функций типовых звеньев (см. (2.19)). Это обстоятельство в ряде случаев позволяет существенно упростить расчеты, связанные с анализом и проектированием линейных систем. В данном разделе будут рассмотрены наиболее значимые характеристики типовых звеньев.
Идеальное усилительное звено.
k – безразмерный коэффициент усиления. (2.37)
АФХ звена вырождается в точку с координатой (k,0) на вещественной оси комплексной плоскости.
ЛАХ звена: L(ω) = 20lg(k) = const, ϕ(ω) = 0.
График функции L= L(ω) – прямая, параллельная оси частот, проходящая на уровне 20lg(k) ; график функции ϕ = ϕ(ω) совпадает с осью частот.
2.4.2 Идеальное интегрирующее звено.
, (2.38)
где k – коэффициент усиления, его размерность [k] = (радиан в секунду),
T – постоянная времени звена, [T] = с.
Комплексный коэффициент передачи звена
, . (2.39)
, , . (2.40)
Согласно выражению (2.39) годограф комплексного коэффициента передачи инерционного звена совпадает с отрицательной частью мнимой оси. Когда частота ω = 0 его амплитуда бесконечна, с увеличением частоты она уменьшается и при годограф приходит в начало координат.
График L = L() логарифмической амплитудно-частотной характеристики интегрирующего звена (учитывая логарифмический масштаб по оси ) представляет собой прямую с наклоном – 20 дБ/дек во всей области частот (0 <), пересекающую ось на частоте = k. (Наклон -20 дБ/дек означает, что при увеличении частоты в 10 раз (на декаду) величина L() уменьшится на 20 дБ).
Логарифмическая фазочастотная характеристика во всей области частот равна () – 90. На рис. 2.5 точно один под другим изображены графики ЛАХ интегрирующего звена.
Рис. 2.5. ЛАХ идеального интегрирующего звена