|
Так, если ИУС описывается дифференциальным уравнением, то при начальных условиях операторная форма его записи имеет следующий вид: а передаточная функция определяется как (6) Здесь – аргумент преобразования Лапласа; и – изображения функций и по Лапласу. Передаточная функция является своеобразной формой записи дифференциального уравнения устройства и полностью отражает его динамические свойства. Поэтому передаточная функция ИУС зависит не от вида воздействия, а от параметров функциональных элементов, составляющих ИУС. Многочлен называется характеристическим, и уравнение называется характеристическим уравнением. Многочлены и могут быть представлены следующим образом: где – корни уравнения – нули передаточной функции; – корни уравнения – полюсы передаточной функции. Передаточные функции сложных систем легко могут быть определены через передаточные функции составляющих их элементов (будет показано ниже). Имея передаточную функцию системы и , просто найти уравнение системы в операторной форме, т.е. и, используя обратное преобразование Лапласа, определить процесс управления . Такой путь значительно упрощает составление и решение уравнений систем автоматического управления. Рассмотрим без доказательства некоторые свойства передаточных функций систем автоматического управления. 1. Передаточная функция является дробно-рациональной функцией от параметра p вида (6). Порядок числителя m равен порядку знаменателя n или меньше его. 2. Коэффициенты и передаточной функции есть вещественные числа, поскольку они определяются параметрами системы, которые всегда вещественны. Как уже отмечалось ранее, воздействия, приложенные к ИУС, делятся на задающие (управляющие) и возмущающие. При этом различают три вида передаточных функций замкнутых систем. А. Передаточной функцией замкнутой системы по задающему (управляющему) воздействию называется отношение преобразования по Лапласу выходной величины к преобразованию по Лапласу задающего (управляющего) воздействия при нулевых начальных условиях, т.е. , (7) где ; - выходная величина; ; – входная координата. Б. Передаточной функцией замкнутой системы по возмущающему воздействию называется отношение преобразования по Лапласу выходной величины к преобразованию по Лапласу возмущающего воздействия при нулевых начальных условиях, т.е. , (8) где ; - возмущающее воздействие. В. Передаточной функцией ошибки замкнутой системы называется отношение изображения по Лапласу сигнала ошибки к изображению по Лапласу задающего воздействия при нулевых начальных условиях , т.е. , (9) где ; - сигнал ошибки ИУС. В некоторых случаях при анализе и синтезе ИУС бывает удобно вычислить передаточные функции замкнутой ИУС через передаточные функции разомкнутой системы, которые определяются, если реально или мысленно разомкнуть цепь главной обратной связи в системе. При этом различают два вида передаточных функций разомкнутой ИУС: по задающему воздействию и передаточную функцию разомкнутой ИУС по возмущающему воздействию, которые соответственно обозначаются и . 1. Передаточной функцией разомкнутой ИУС по задающему воздействию называется отношение изображения по Лапласу выходной величины разомкнутой ИУС к изображению по Лапласу задающего воздействия при нулевых начальных условиях, т.е. , (10) где ; - выходная величина разомкнутой ИУС. 2. Передаточной функцией разомкнутой ИУС по возмущающему воздействию называется отношение изображения по Лапласу выходной величины разомкнутой ИУС к изображению по Лапласу возмущающего воздействия при нулевых начальных условиях, т.е. . (11) В современной инженерной практике исследования ИУС широкое применение получили частотные методы, которые основаны на рассмотрении частотных характеристик отдельных элементов и системы. Если разомкнуть главную обратную связь ИУС и подать на вход ИУС воздействие синусоидальной формы, то в установившемся режиме на выходе системы получим гармоническую функцию той же частоты, но другой амплитуды и фазы. Анализируя гармонические сигналы на входе и выходе системы, можно установить ее свойства, которые характеризуются частотной функцией . (12) Функция W (jw) называется комплексной передаточной функцией, комплексной частотной характеристикой. Последняя может быть получена путем замены в выражении передаточной функции (6) комплексной переменной p на jw: , (13) где ; ; ; . Указанная замена равносильна переходу к преобразованию Фурье для дифференциальных уравнений при нулевых начальных условиях. Геометрическое место концов векторов комплексной частотной функции при различных частотах представляет собой частотную характеристику, которая называется амплитудно-фазовой частотной характеристикой ИУС (рис. й). В дальнейшем как аналитические выражения (13) частотных функций, так и их графические представления (рис. 2) будем называть соответствующими частотными характеристиками.
Рис. 1.2 - Амплитудно-фазовая характеристика ИУС Выражение (13) для амплитудно-фазовой характеристики ИУС может быть записано в алгебраической форме: или в показательной форме: . Члены U (w) и V (w) алгебраической формы записи W (jw) называются соответственно вещественной и мнимой частотными характеристиками. Они определяются освобождением от мнимого числа в знаменателе W (jw), т.е.: ; . Чаще всего передаточную функцию анализируют по амплитудно-частотной характеристике: ; (14) . (15) Содержательный смысл амплитудно-частотной характеристики заключается в отношениях выходного сигнала к входному при разных частотах. Амплитудно-частотная характеристика для разомкнутых систем без автогенерации всегда меньше единицы. Если на вход подается единичный сигнал, то, проходя через систему, часть энергии рассеивается, при этом подразумевается, что в системе нет дополнительных источников энергии. Фазочастотная характеристика показывает изменение фазы входного сигнала в выходном в зависимости от частоты. Амплитудно-частотную характеристику можно найти посредством применения преобразования Лапласа. Такой подход используют в связи с тем, что для инженерных расчетов решение дифференциальных уравнений достаточно затруднено. Поэтому разработан математический аппарат на основе преобразования Лапласа, позволяющий свести решение дифференциального уравнения к решению алгебраического уравнения.
Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор... ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем... Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|