Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
кп ТОАТ.docx
Скачиваний:
48
Добавлен:
13.08.2019
Размер:
620.74 Кб
Скачать

14. Определение устойчивости скорректированной системы с помощью критерия найквиста

Критерий Г. Найквиста, позволяет судить об устойчивости замкнутой системы по амплитудно-фазовой частотной характеристи­ке (АФЧХ).

Необходимая АФЧХ разомкнутой системы может быть получена следующим образом. В выражении передаточной функции разомкнутой системы WCK (p) заменяют p на jo и получают уравнение АФЧХ разомкнутой системы WCKja). Чтобы построить АФЧХ, необходимо представить ее состоящей из вещественной и мнимой частей:

Wck (jw) = U (w) + jV (w), затем, задаваясь значениями со от 0 до да: с=0, 002,... необходимо найти точки [U(0);jV(0)]\ [U(m]);jV(ml)]\., покоторым построить АФЧХ на комплексной плоскости.

Если система является астатической (имеет интегрирующие звенья), то ее АФЧХ начинается при с=0 в бесконечности, поскольку в знаменателе амплитудно-фазовой функции Wjo) имеется множитель (ю)г, где r - порядок астатизма.

Разомкнутая система может быть устойчивой и неустойчивой. Критерий Найквиста для первого случая формулируется так: если разомкнутая система устойчива или находится на границе устойчивости, то для того, чтобы замкнутая система была устойчивой, необходимо и достаточно, чтобы амплитудно-фазовая частотная характеристика разомкнутой системы при изменении с от 0 до да не охватывала точку с координатами (-1, J0).

В соответствии с критерием Найквиста об устойчивости можно судить не только по АФЧХ, но и совместно по ЛАЧХ и ЛФЧХ ра­зомкнутой системы. Эту возможность используют весьма широко вследствие простоты построения таких характеристик и определения по ним запаса устойчивости. Согласно критерию Найквиста для системы, устойчивой в разомкнутом состоянии, условием устойчивости ее в замкнутом состоянии является невхождение в АФЧХ W(jo) точки (-1, j0). Последнее имеет место, если при частоте, на которой Л)=1, абсолютное значение фазы меньше п.

Применительно к логарифмическим характеристикам, если учесть, что значению А=1 соответствует Z,=20lgA=0, критерий устойчивости Найквиста для систем, устойчивых в разомкнутом со­стоянии, сводится к тому, что ЛАЧХ должна пересечь ось абсцисс раньше, чем фаза, спадая, окончательно перейдет за значение -п, т. е. на частоте среза сс, фаза должна быть меньше -п.

Все рассмотренные критерии устойчивости оценивают один и тот же факт: имеются ли среди корней характеристического уравнения замкнутой системы корни с положительной вещественной частью.

15. Определение запаса устойчивости скорректированной системы

Для нормального функционирования всякая система автомати­ческого регулирования должна быть достаточно удалена от границы устойчивости, должна иметь достаточный запас устойчивости.

Необходимость этого обусловлена несколькими причинами:

  1. уравнения элементов системы, как правило, идеализирова­ны, при их составлении не учитывают второстепенные факторы;

  2. при линеаризации уравнения погрешности приближения до­полнительно увеличиваются;

  3. параметры элементов определяют с некоторой погрешностью;

Следовательно, устойчивая по расчету система в действитель­ности может оказаться неустойчивой.

Запас устойчивости необходим еще и для хорошего качества ре­гулирования.

О запасе устойчивости можно судить, прежде всего, по распо­ложению корней характеристического уравнения системы: чем даль­ше отстоят они от мнимой оси (в левой полуплоскости), тем больше запас устойчивости.

При синтезе системы выбирают такой запас устойчивости, при котором система функционирует устойчиво и с желаемым качеством переходных процессов.

Количественное определение запаса устойчивости зависит от того, какой критерий устойчивости используют. Однако в практике инженерных расчетов наиболее широко применяют определение за­паса устойчивости на основании критерия Найквиста, по удалению амплитудно-фазовой частотной характеристики разомкнутой системы от точки с ординатами [-1; j0]. Этот факт оценивают двумя показате­лями: запасом устойчивости по фазе у и запасом устойчивости по мо­дулю (амплитуде) h.

Для того чтобы система имела запасы устойчивости у и h, АФЧХ ее разомкнутого контура при удовлетворении критерия устой­чивости не должна заходить в часть кольца, заштрихованного на рис.19, а. Эта запретная зона, включающая в себя точку с координа­тами [-1; j0], ограничена лучами, проведенными из начала осей коор­динат под углами -180° + у и -180° - у, и дугами с радиусами 1+Ни

1-H где H — определяется соотношением lg H = .

Если устойчивость определена по логарифмическим частотным характеристикам, то для обеспечения запасов устойчивости у и h не­обходимо, чтобы:

    1. при h > L(®) > -h фазочастотная характеристика удовлетво­ряла неравенству -180°+у<ф(Ю)<-180°-у, т. е. не заходила в заштрихо­ванную область 1 на рис. 19, б;

    1. Us

      при -180°+у>фЮ)>-180°-у амплитудно-частотная характе­ристика удовлетворяла неравенству h<L(®)<-h, т. е. не заходила в за­штрихованные области 2 на рис. 19, б.

Рис. 19. Зоны определения требований к запасу устойчивости

Для абсолютно устойчивой системы запасы устойчивости у и h определяют так, как показано на рис. 20.

Запас по фазе

у = 180° + ф(ю), где юс - частота среза, при которой L(ac) = 0; запас по модулю h = -L (Юф), где юф - частота, при которой юф) = - 180°.

Необходимые значения запасов

устойчивости зависят от класса САУ и

требований к качеству регулирования.

Рис. 2°. Определе- Ориентировочно у = 30-60° и h = 6-20 ние запаса устойчи- дБ.

вости по ЛАЧХ ра­зомкнутой системы

№ варианта

Коэфф. усиления сельсина, kc, В/град

Коэфф. усиления. усилителя,

ку

Постоянная

времени усилителя, Ту

Коэфф. усиления двигателя, кдв, рад/(В-с)

Постоянная

времени двигателя, Тдв

Коэфф. передачи редуктора, 1р, 1/с

1

2

3

4

5

6

7

1

6

4,5

0,011

15

0,2

300

2

1,6

2,2

0,022

35

0,145

150

3

13

2,5

0,005

30

0,1

300

4

4,5

1,4

0,01

28

0,12

200

5

6

2

0,011

20

0,115

200

6

8

1,6

0,008

35

0,15

240

7

5

4,5

0,009

25

0,18

300

8

8

2

0,01

20

0,2

300

9

1,5

4

0,01

23

0,14

200

10

5

5

0,012

21

0,16

600

11

6,5

8

0,004

29

0,1

400

12

9

4

0,006

21

0,11

300

13

10

5

0,003

30

0,15

400

14

8

5

0,006

26

0,13

400

15

12

6

0,004

20

0,1

350

16

6

8

0,007

30

0,11

600

17

8

6

0,006

19

0,12

400

18

9

8

0,004

22

0,1

450

19

7,5

9

0,006

23

0,14

600

20

10

7

0,005

17

0,11

450

21

5

5

0,01

15

0,1

500

22

8

1,6

0,01

15

0,15

240

23

9

4

0,01

15

0,15

300

24

8

5

0,01

17

0,1

250

25

12

8

0,005

13

0,11

240

26

10

6

0,006

25

0,12

350

1

2

3

4

5

6

7

27

7,5

9

0,003

23

0,13

310

28

8

7

0,006

24

0,15

400

29

6

5

0,004

11

0,1

210

30

9

4

0,01

21

0,1

240

31

7

5,5

0,008

24

0,12

300

32

8,5

4,5

0,011

20

0,15

330

33

9

7

0,008

19

0,1

250

34

6

6

0,009

17

0,12

400

Технические требования САУ

№ варианта

Номиналь-

Скоростная

Время регу-

Перерегу­

ная скорость

ошибка,

лирования,

лирование,

вращения

6,град

t

а,%

входного

вала, пвх,

об/мин

1

2

3

4

5

1

6

1,5

0,9

27

2

5

1

1,2

35

3

60

2

1

40

4

4,2

0,28

1,1

25

5

60

0,8

1,1

25

6

3,5

0,8

0,9

35

7

56

2,78

0,9

30

8

4,5

0,9

1,1

30

9

4,8

1,5

1,8

40

10

17

2,5

2

40

11

62

2

0,6

40

12

30

1,5

0,8

25

13

60

2,5

1,4

35

14

60

3

0,5

30

15

50

2

0,8

25

16

40

2,5

0,75

35

17

65

3,5

0,6

30

18

60

2

0,9

35

19

65

3

1,0

25

20

60

3

1,0

35

21

28

0,3

10

30

22

35

0,5

0,8

35

23

8

0,8

1,0

20

24

5

0,6

0,9

22

25

6

0,7

0,8

25

26

30

2,0

0,9

21

1

2

3

4

5

27

25

2,5

1,1

25

28

40

2,5

0,75

22

29

10

1,3

0,9

19

30

15

1,6

1,1

21

31

9

0,8

0,7

25

32

8

0,9

0,8

21

33

12

1,1

1,0

24

34

15

1,5

1,1

22

0,0

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,0

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,5

0,158

0,165

0,176

0,184

0,192

0,199

0,207

0,215

0,223

0,231

1,0

0,310

0,326

0,340

0,356

0,371

0,386

0,401

0,417

0,432

0,447

1,5

0,449

0,469

0,494

0,516

0,538

0,560

0,594

0,603

0,617

0,646

2,0

0,572

0,597

0,628

0,655

0,683

0,709

0,732

0,761

0,786

0,810

2,5

0,674

0,707

0,739

0,771

0,802

0,833

0,862

0,891

0,917

0,943

3,0

0,755

0,790

0,828

0,863

0,896

0,928

0,958

0,987

1,013

1,038

3,5

0,815

0,853

0,892

0,928

0,963

0,994

1,024

1,050

1,074

1,095

4,0

0,857

0,896

0,938

0,974

1,008

1,039

1,060

1,090

1,110

1,127

4,5

0,883

0,923

0,960

0,997

1,029

1,057

1,084

1,104

1,120

1,129

5,0

0,895

0,939

0,977

1,012

1,042

1,067

1,087

1,102

1,112

1,117

5,5

0,900

0,940

0,986

1,015

1,042

1,063

1,079

1,088

1 ,092

1,096

6,0

0,903

0,942

0,982

1,013

1,037

1,054

1,065

1,070

1,068

1,062

6,5

0,904

0,943

0,980

1,009

1,030

1,043

1 ,050

1,049

1,043

1 ,033

7,0

0,904

0,944

0,979

1,006

1,024

1,035

1,037

1,033

1,023

1,009

7,5

0,907

0,945

0,980

1,006

1,019

1,027

1,025

1,020

1,005

0,989

8,0

0,910

0,951

0,985

1,008

1,020

1,024

1,021

1,012

0,998

0,981

8,5

0,918

0,956

0,989

1,010

1,021

1,022

1,018

1,007

0,992

0,977

9,0

0,924

0,965

0,997

1,016

1,025

1,025

1,018

1,006

0,992

0,978

9,5

0,932

0,972

1,004

1,022

1,029

1,027

1,019

1,006

0,993

0,982

10,0

0,939

0,978

1,009

1,025

1,031

1,027

1,019

1,006

0,993

0,987

10,5

0,946

0,985

1,013

1,028

1,033

1,028

1,017

1,005

0,993

0,989

11,0

0,947

0,988

1,015

1,029

1,031

1,025

1,014

1,002

0,993

0,991

11,5

0,949

0,988

1,016

1,027

1,028

1,021

1,010

0,999

0,991

0,989

12,0

0,950

0,990

1,015

1,025

1,024

1,015

1,004

0,994

0,988

0,990

12,5

0,950

0,989

1,013

1,022

1,019

1,010

0,999

0,990

0,986

0,989

13,0

0,950

0,989

1,012

1,019

1,015

1,005

0,994

0,986

0,985

0,989

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

X

т

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,0

0,240

0,248

0,255

0,259

0,267

0,275

0,282

0,290

0,297

0,304

0,314

0,5

0,461

0,476

0,490

0,505

0,519

0,534

0,547

0,562

0,575

0,590

0,603

1,0

0,665

0,685

0,706

0,722

0,740

0,758

0,776

0,794

0,813

0,832

0,844

1,5

0,833

0,856

0,878

0,899

0,919

0,938

0,956

0,974

0,991

1,008

1,020

2,0

0,967

0,985

1,010

1,030

1,050

1,067

1,084

1,090

1,105

1,120

1,133

2,5

1,061

1,082

1,100

1,117

1,130

1,142

1,154

1,164

1,169

1,175

1,178

3,0

1,115

1,132

1,145

1,158

1,165

1,170

1,174

1,174

1,175

1,176

1,175

3,5

1,142

1,152

1,158

1,162

1,163

1,161

1,156

1,149

1,141

1,131

!,118

4,0

1,138

1,141

1,141

1,138

1,132

1,127

1,111

1,099

1,085

1,071

1,053

4,5

1,117

1,114

1,107

1,097

1,084

1,069

1 ,053

1,036

1,019

1,001

1,986

5,0

1,092

1,076

1,070

1,050

1,032

1,016

0,994

0,979

0,962

0,951

0,932

5,5

1,051

1,037

1,021

1,003

0,984

0,956

0,949

0,934

0,922

0,914

0,906

6,0

1,018

1,001

0,982

0,966

0,948

0,936

0,920

0,910

0,906

0,903

0,905

6,5

0,993

0,975

0,957

0,941

0,927

0,917

0,911

0,908

0,909

0,915

0,925

7,0

0,974

0,958

0,944

0,931

0,922

0,919

0,920

0,927

0,934

0,946

0,962

7,5

0,966

0,951

0,941

0,935

0,932

0,936

0,944

0,955

0,970

0,986

1,004

8,0

0,966

0,954

0,948

0,948

0,951

0,958

0,974

0,990

1,006

1,023

1,041

8,5

0,970

0,960

0,961

0,966

0,976

0,990

1,006

1,023

1,039

1,053

1,061

9,0

0,975

0,972

0,980

0,987

1,000

1,015

1,033

1,048

1,059

1,066

1,066

9,5

0,982

0,985

0,993

1 ,006

1,020

1,036

1,049

1,059

1 063

1,062

1,056

10,0

0,987

0,996

1,007

1,017

1,033

1,046

1,054

1,058

1,055

1,048

1 ,033

10,5

0,997

1,002

1,014

1,027

1,039

1,047

1 ,048

1,044

1,034

1,021

1 ,005

11,0

0,997

1,006

1,017

1 ,029

1,037

1,039

1,034

1,024

1,010

0,994

0,977

11,5

0,997

1,006

1,019

1,026

1,027

1,025

1,015

1,000

0,984

0,969

0,958

12,0

0,997

1,006

1,015

1,019

1,017

1,010

0,995

0,979

0,965

0,954

0,949

12,5

0,997

1,006

1,012

1,012

1,005

0,993

0,980

0,964

0,955

0,950

0,955

13,0

У

0,0

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

13,5

0,950

0,990

1,011

1,017

1,011

1,000

0,990

0,983

0,984

0,989

14,0

0,952

0,989

1,011

1,016

1,009

0,997

0,988

0,983

0,985

0,991

14,5

0,954

0,990

1,012

1,015

1,008

0,996

0,987

0,985

0,988

0,996

15,0

0,956

0,993

1,012

1,014

1,007

0,995

0,988

0,987

0,991

1,000

15,5

0,959

0,995

1,014

1,014

1,006

0,995

0,989

0,988

0,996

1,004

16,0

0,961

0,997

1,015

1,014

1,006

0,995

0,991

0,992

0,998

1,007

16,5

0,964

0,999

1,016

1,014

1,005

0,995

0,993

0,995

1,002

1,009

17,0

0,965

1,001

1,016

1,013

1,005

0,995

0,994

0,997

1,005

1,010

17,5

0,966

1,002

1,015

1,012

1,003

0,995

0,994

0,998

1,005

1,010

18,0

0,996

1,002

1,015

1,011

1,002

0,995

0,995

1,001

1,008

1,010

18,5

0,966

1,001

1,015

1,009

1,001

0,994

0,995

1,001

1,007

1,009

19,0

0,967

1,000

1,015

1,008

0,998

0,992

0,995

1,001

1,006

1,006

19,5

0,967

1,000

1,014

1,006

0,996

0,991

0,995

1,001

1,005

1,004

20,0

0,967

1,000

1,013

1,005

0,995

0,991

0,995

1,001

1,005

1,002

20,5

0,968

1,002

1,012

1,004

0,994

0,991

0,996

1,002

1,004

1,001

21,0

0,968

1,002

1,011

1,003

0,994

0,992

0,997

1,003

1,004

1,001

21,5

0,969

1,002

1,011

1,003

0,995

0,992

0,999

1,004

1,004

1,000

22,0

0,971

1,002

1,011

1,002

0,995

0,993

1,000

1,005

1,004

0,999

22,5

0,973

1,002

1,011

1,002

0,996

0,995

1,002

1,006

1,004

0,999

23,0

0,974

1,005

1,011

1,002

0,996

0,996

1,004

1,007

1;003

0,998

23,5

0,975

1,005

1,010

1,002

0,996

0,998

1,004

1,008

1,003

0,998

24,0

0,975

1,005

1,010

1,001

0,996

0,999

1,005

1,007

1,002

0,997

24,5

0,975

1,005

1,009

1,000

0,996

0,999

1,005

1,006

1,001

0,997

25,0

0,975

1,005

1,008

1,000

0,995

0,999

1,005

1,004

1,000

0,996

25,5

0,975

1,005

1,008

0,999

0,995

0,999

1,004

1,003

0,998

0,996

26,0

0,975

1,005

1,007

0,999

0,995

0,999

1,004

1,002

0,997

0,996

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

X

т

0,998

1,006

1,010

1,005

0,995

0,982

0,968

0,958

0,954

0,958

0,970

13,5

1,000

1,006

1,008

0,999

0,987

0,974

0,965

0,961

0,965

0,976

0,990

14,0

1,002

1,006

1,005

0,994

0,983

0,970

0,969

0,971

0,981

0,997

1,010

14,5

1,005

1,007

1,002

0,993

0,983

0,976

0,978

0,987

1,001

,017

1,030

15,0

1,008

1,007

1,001

0,993

0,985

0,984

0,991

1,003

1,019

1,032

1,040

15,5

1,011

1,008

1,000

0,994

0,990

0,993

1,003

1,018

1,031

1,039

1 ,039

16,0

1,011

1,008

1,001

0,996

0,995

1,001

1,014

1,027

1,036

,038

1,028

16,5

1,012

1,007

1,000

0,997

0,999

1,008

1,020

1,030

1,032

1,027

1,012

17,0

1,009

1,005

0,997

0,998

1,002

1,012

1,023

1,027

1,023

1,013

0,988

17,5

1,008

1,002

0,997

0,998

1,004

1,014

1,020

1,018

1,008

0,993

0,979

18,0

1,006

0,999

0,995

0,998

1,003

1,012

1,014

1,007

0,993

0,978

0,969

18,5

1,001

0,995

0,993

0,997

1,004

1,009

1,006

1,007

0,981

0,969

0,956

19,0

0,998

0,992

0,992

0,996

1,003

1,005

0,998

0,985

0,973

0,967

0,973

19,5

0,996

0,991

0,992

0,998

1,003

1,001

0,991

0,979

0,972

0,974

0,985

20,0

0,995

0,991

0,994

0,999

1,001

0,9%

0,986

0,976

0,974

0,990

1,001

20,5

0,995

0,993

0,997

1,001

0,999

0,993

0,983

0,975

0,981

1,002

1,016

21,0

0,996

0,995

1,000

0,995

0,998

0,992

0,987

0,988

0,997

1,013

1,024

21,5

0,996

0,996

1,000

1,004

0,997

0,991

0,991

0,997

1,012

1,024

1,029

22,0

0,997

1,000

1,004

1,005

0,996

0,992

0,998

1,008

1,022

1,028

1,026

22,5

0,998

1,001

1,006

1,007

0,997

0,994

1,002

1,015

1,025

1,027

1,016

23,0

0,999

1,002

1,007

1,006

0,998

0,997

1,007

1,017

1,023

1,023

1,002

23,5

1,000

1,002

1,008

1,003

0,999

1,000

1,008

1,017

1,015

0,012

0,988

24,0

1,000

1,002

1,006

1,003

1,000

1,002

1,008

1,014

1,005

0,995

0,979

24,5

1,000

1,002

1,004

0,993

1,001

1,003

1,005

1,008

0,991

0,985

0,975

25,0

1,000

1,002

1,002

0,997

1,002

1,004

1,004

1,001

0,986

0,978

0,977

25,5

1,000

1,002

1,000

0,995

1,002

1,004

1,002

0,987

0,984

0,977

0,983

26,0

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Сапожников В.В., Кравцов Ю.А., Сапожников Вл.В. Теоре­тические основы железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебник. для вузов ж.-д. транспорта/Под ред. В.В. Сапожникова. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железно­дорожном транспорте», 2008. - 394 с.

  2. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов/С.Е. Душин, Н.С. Зотов, Д.Х. Имаев и др.; Под ред. В.Б. Яковлева. - М.:Высшая школа, 2003.- 567 с.:ил.

  3. Макаров И.М., Менский Б.М. Линейные автоматические системы.- М.: Машиностроение, 1982. - 504 с.

  4. Воронов А.А. Теория автоматического управления. - М.: Высш.шк., 1986. - 367 с.

СОДЕРЖАНИЕ

WHP) = WсP)■WУP)■WдвP)■WPP). 9

O (p) = V ;Aa( p) = Ox (p)• W (p)• Aa( p) p 14

Aa(r)=xv =lim? p • V • W(p^ Aa(p); X=V. 14

d(p)=тттр + [т • (Т + Ть)+ TTb]p3+(т + Т + Tb)p2+(kt +1)p+к. 44

а2 = Т + Т + Т, 44

00 0 0 46

Учебно-методическое издание

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]