Файл: Основы Теории управления Раздобреев Лекции (часть 1).doc

Рисунок 4.6 – Преобразованная структурная схема (перенос ЗС против хода сигнала)

5. Перенос узла

Пусть на рисунке 4.7 приведена исходная структурная схема.

Рисунок 4.7 – Исходная структурная схема системы

Пусть сигнал изменить невозможно. Преобразованные структурные схемы приведены на рисунках 4.8 и 4.9

Рисунок 4.8 – Преобразование структурной схемы (перенос узла) по ходу сигнала

Схема переноса узла против хода сигнала приведена на рисунке 4.9.

Рисунок 4.9 – Преобразование структурной схемы (перенос узла) против хода сигнала

6. Передаточная функция системы по управляющему и возмущающему воздействию

Пусть требуется найти реакцию системы на несколько однозначно действующих сигналов (см. рисунок 4.10).

Рисунок 4.10 – Структурная схема системы

При исследовании линейных систем справедлив принцип суперпозиции: реакция системы на несколько одновременно действующих сигналов равна сумме реакций системы на каждый сигнал в отдельности.

1) При =0 на основе рисунка 4.10 можно записать передаточную функцию системы по управляющему воздействию:

(4.8)

где

Тогда на основе формулы (4.8) можно записать изображение выходного сигнала в виде:

(4.9)

2) При V(p)=0 можно построить структурную схему (см. рисунок 4.11):

Рисунок 4.11 – Преобразования структурной схемы системы

На основе рисунка 4.11 можно записать переходную функции по возмущающему воздействию:

(4.10)

И изображение выходного сигнала:

(4.11)

Используя принцип суперпозиции на основе формул (4.9) и (4.11) можно записать изображение выходного сигнала системы:

(4.12)

3. Расчет системы автоматической стабилизации заданного значения выходной координаты

1. Построение структурной схемы системы

Пусть даны уравнения процессов в исходной системе:

(5.1)

где - выходная регулируемая координата системы;

V – входной сигнал, являющийся заданным значением y;

Z – возмущающее воздействие;

, , , – координаты состояния системы;

, – передаточный коэффициенты решающего блока и обратной связи системы;

, , , – передаточные коэффициенты;

, , – постоянные времени, рассчитываемые в секундах.

Первые два уравнения в (5.1) описывают объект управления. Третье уравнение в (5.1) соответствует усилителю мощности. Четверное уравнение описывает решающий блок. Пятое уравнение – уравнение замыкания системы. В задании на контрольную работу, аналогично структуре таблицы 1.1, приведена полная таблица вариантов.

Таблица 1.1 – Параметры звеньев исходной системы

На рисунках 5.1 и 5.2 приведены схема системы во временной форме и детализированная схема исходной системы, построенные на основе уравнений (5.1).

Рисунок 5.1 – Схема системы во временной форме

Рисунок 5.2 – Структурная схема исходной системы

Поскольку для контура I можно записать;

,

то для участка I окончательно можно записать передаточную функцию:

(5.2)

Для участка II можно записать передаточную функцию:

(5.3)

Аналогично, для участка III можно записать передаточную функцию:

(5.4)

Для определения передаточной функции ОУ необходимо звено суммирования (ЗС) перенести против входа сигнала. На рисунке 5.3 приведена преобразованная структурная схема системы.

Рисунок 5.3 – Преобразованная структурная схема ОУ

При Z(p)=0 передаточная функция объекта управления по управляющему сигналу X₃(p) имеет вид:

(5.5)

На основе (5.5) можно записать характеристическое уравнение ОУ:

(5.6)

При исходных данных, приведенный в таблице 1.1 можно записать следующее:

(5.7)

Поскольку уравнение (5.7) имеет действительные корни, то ОУ может быть представлен последовательным соединением двух пропорциональных инерционных звеньев первого порядка (смотри рисунок 5.4).

Рисунок 5.4 – Структурная схема ОУ по управляющему воздействию

Использую рисунок 5.4 можно записать следующую передаточную функцию:

(5.8)

Использую рисунок 5.4 и формулу (5.8) можно записать следующую систему уравнений:

(5.9)

На основе (5.9) с учетом исходных данных таблицы 1.1 можно записать следующее:

(5.10)

Таким образом, окончательно ОУ имеет следующие корни:

На основе рисунка 5.4 можно записать изменение выходного сигнала.

(5.11)

При на основе рисунков 5.3 и 5.4 можно записать передаточную функцию ОУ по возмущающему действию.

(5.12)

где - передаточный коэффициент объекта по возмущающему воздействию.

. (5.13)

С учетом правила суперпозиции на основе 5.11 и 5.12 окончательно можно записать:

Таким образом, можно окончательно построить структурную схему исходной системы (рисунок 5.5).

Рисунок 5.5 – Структурная схема исходной системы

2. Передаточная функция исходной системы по управляющему и возмущающему воздействию

При на основе рисунка 5.5 можно записать передаточную функцию исходной системы по управляющему воздействию:

(5.14)

где .

На основе (5.14) можно записать изображение выходного сигнала исходной системы:

(5.15)

При V(p)=0 передаточная функция исходной системы по возмущающему воздействию имеет вид:

(5.16)

Изображение выходного сигнала полученного на основе (5.16) имеет вид:

(5.17)

С учетом принципа суперпозиции на основе формул (5.15) и (5.17) можно записать изображение выходного сигнала:

(5.18)

3. Анализ устойчивости исходной системы по критерию Гурвица

Используя формулы (5.14) и (5.15) можно записать характеристическое уравнение замкнутой системы:

(5.19)

Используя исходные данные таблицы 1.1, на основе критерия Гурвица можно сделать вывод об устойчивости системы. Поскольку рассмотренная система является неустойчивой, то и выполняется следующее неравенство:

3. Статический расчет системы автоматической стабилизации заданного значения выходной координаты

Исходная система в разомкнутом состоянии:

.

1. При этом .

Используя теорему о предельном значении на основе (5.18) можно записать в установившееся решение:

(6.1)

где - заданное значение выходной координаты разомкнутой системы;

- величина, на которую уменьшается выходная координата разомкнутой системы при действии возмущения.

Пусть

тогда (см. рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 – Статическая характеристика разомкнутой системы

В соответствии с заданием на проектирование, требуемая точность стабилизации выходной координаты составляет величину .

Поскольку выполняется условие:

, (6.2)

то разомкнутая система должна быть заменена замкнутой системой автоматической стабилизации заданного значения выходной координаты.

2. Исходная система в замкнутом состоянии.

На основе (5.18) можно записать уравнение статики замкнутой системы:

(6.3)

где

В соответствии с заданием на проектирование можно записать следующее:

или

(6.4)

Используя знак равенства (6.4) окончательно можно записать расчетную формулу требуемого значения передаточного коэффициента разомкнутой системы:

(6.5)

Поскольку - выполняется, то расчет требуемого значения передаточного коэффициента РБ проводится по следующей формуле:

(6.6)