- •Содержание
- •Лекция 1. Принципы управления
- •1.1. Общие понятия
- •1.2. Фундаментальные принципы управления
- •1.2.1. Принцип разомкнутого управления
- •1.2.2. Принцип компенсации
- •1.2.3. Принцип обратной связи
- •Лекция 2.Статический режим сау
- •2.1. Основные виды сау
- •2.2. Статические характеристики
- •2.3. Статическое и астатическое регулирование
- •Лекция 3.Динамический режим сау
- •3.1. Динамический режим сау. Уравнение динамики
- •3.2. Линеаризация уравнения динамики
- •3.3. Передаточная функция
- •3.4. Элементарные динамические звенья
- •Лекция 4.Структурные схемы сау
- •4.1. Эквивалентные преобразования структурных схем
- •Лекция 5.Временные характеристики
- •5.1. Понятие временных характеристик
- •5.2. Переходные характеристики элементарных звеньев
- •5.2.1. Безынерционное (пропорциональное, усилительное) звено
- •5.2.2. Интегрирующее (астатическое) звено
- •5.2.3. Инерционное звено первого порядка (апериодическое)
- •5.2.4. Инерционные звенья второго порядка
- •5.2.5. Дифференцирующее звено
- •Лекция 6.Частотные характеристики
- •6.1. Понятие частотных характеристик
- •6.2. Частотные характеристики типовых звеньев
- •6.2.1. Безынерционное звено
- •6.2.2. Интегрирующее звено
- •6.2.3. Апериодическое звено
- •6.2.4. Инерционные звенья второго порядка
- •6.2.5. Правила построения чх элементарных звеньев
- •Лекция 7.Чх разомкнутых сау
- •7.1. Частотные характеристики разомкнутых одноконтурных сау
- •7.2. Законы регулирования
- •Лекция 8.Алгебраические критерии устойчивости
- •8.1. Понятие устойчивости системы
- •8.2. Алгебраические критерии устойчивости
- •8.2.1. Необходимое условие устойчивости
- •8.2.1. Критерий Рауса
- •8.2.2. Критерий Гурвица
- •Лекция 9.Частотные критерии устойчивости
- •9.1. Принцип аргумента
- •9.2. Критерий устойчивости Михайлова
- •9.3. Критерий устойчивости Найквиста
- •Лекция 10.D-разбиение. Запас устойчивости
- •10.1. Понятие структурной устойчивости. Афчх астатических сау
- •10.2. Понятие запаса устойчивости
- •10.3. Анализ устойчивости по лчх
- •Лекция 11.Качество сау
- •11.1. Теоретическое обоснование метода d-разбиений
- •11.3. Прямые методы оценки качества управления
- •11.3.1. Оценка переходного процесса при ступенчатом воздействии.
- •11.3.2. Оценка качества управления при периодических возмущениях
- •Лекция 12.Корневой и интегральный методы оценки качества сау
- •12.1. Корневой метод оценки качества управления
- •12.2. Интегральные критерии качества
- •Лекция 13.Частотные методы оценки качества
- •13.1. Теоретическое обоснование
- •13.2. Основные соотношения между вчх и переходной характеристикой
- •13.3. Метод трапеций
- •Лекция 14.Синтез сау
- •14.1. Синтез сау
- •14.1.1. Включение корректирующих устройств
- •14.1.2. Синтез корректирующих устройств.
- •14.2. Коррекция свойств сау изменением параметров звеньев
- •14.2.1. Изменение коэффициента передачи
- •14.2.2. Изменение постоянной времени звена сау
- •Лекция 15.Включение корректирующих звеньев
- •15.1. Коррекция свойств сау включением последовательных корректирующих звеньев
- •15.1.1. Включение интегрирующего звена в статическую сау
- •15.1.2. Включение апериодического звена
- •15.1.3. Включение форсирующего звена
- •15.1.4. Включение звена со сложной передаточной функцией
- •15.2. Последовательная коррекция по задающему воздействию
- •15.3. Коррекция с использованием неединичной обратной связи
- •15.4. Компенсация возмущающего воздействия
5.2.2. Интегрирующее (астатическое) звено
Его уравнение , или, илиpy = ku.
Передаточная функция: W(p) = k/p.
Переходная характеристика: (рис.44).
При k = 1звено представляет собой “чистый” интеграторW(p) = 1/p. Интегрирующее звено неограниченно "накапливает" входное воздействие. Примеры интегрирующих звеньев: электродвигатель, поршневой гидравлический двигатель, емкость и т.п. Введение его в САУ превращает систему в астатическую, то есть ликвидирует статическую ошибку.
5.2.3. Инерционное звено первого порядка (апериодическое)
Уравнение динамики: , илиTpy + y = ku.
Передаточная функция: W(p) =.
Переходная характеристика может быть получена с помощью формулы Хевисайда:
,
где p1 = - 1/T- корень уравненияD(p) = Tp + 1 = 0; D’(p1) = T.
Переходная характеристика имеет вид экспоненты (рис.45), по которой можно определить передаточный коэффициент k, равный установившемуся значению h(t), и постоянную времениТпо времениt, соответствующему точке пересечения касательной к кривой в начале координат с ее асимптотой. При достаточно большихТзвено на начальном участке может рассматриваться как интегрирующее, при малыхТзвено приближенно можно рассматривать как безынерционное. Примеры апериодического звена: термопара, электродвигатель, четырехполюсник из сопротивления и емкости или сопротивления и индуктивности.
5.2.4. Инерционные звенья второго порядка
Его уравнение: T12p2y + T2py + y = ku.
Передаточная функция: W(p) =.
Решение уравнения зависит от соотношения постоянных времени T1иT2, которое определяет коэффициент затухания r =. Можно записатьW(p) = , гдеT = T1.
Если r1, то знаменательW(p)имеет два вещественных корняp1иp2и раскладывается на два сомножителя:
T2p2 + 2rTp + 1 = T2(p - p1).(p - p2).
Такое звено можно разложить на два апериодических звена первого порядка, поэтому оно не является элементарным.
При r<1корни полинома знаменателяW(p)комплексно сопряженные:p1,2 = ± j. Переходная характеристика представляет собой выражение, характеризующее затухающий колебательный процесс с затуханием и частотой (рис.46). Такое звено называетсяколебательным. Приr = 0колебания носят незатухающий характер. Такое звено является частным случаем колебательного звена и называетсяконсервативным. Примерами колебательного звена могут служить пружина, имеющая успокоительное устройство, электрический колебательный контур с активным сопротивлением и т.п. Зная характеристики реального устройства можно определить его параметры как колебательного звена. Передаточный коэффициент kравен установившемуся значению переходной функции.
5.2.5. Дифференцирующее звено
Различают идеальное и реальное дифференцирующие звенья. Уравнение динамики идеального звена: y(t) = , илиy = kpu. Здесь выходная величина пропорциональна скорости изменения входной величины. Передаточная функция:W(p) = kp. Приk = 1звено осуществляет чистое дифференцированиеW(p) = p. Переходная характеристика: h(t) = k1’(t) = d(t).
Идеальное дифференцирующее звено реализовать невозможно, так как величина всплеска выходной величины при подаче на вход единичного ступенчатого воздействия всегда ограничена. На практике используют реальные дифференцирующие звенья, осуществляющие приближенное дифференцирование входного сигнала.
Его уравнение: Tpy + y = kTpu.
Передаточная функция: W(p) = .
При малых Т звено можно рассматривать как идеальное дифференцирующее. Переходную характеристики можно вывести с помощью формулы Хевисайда:
,
здесь p1 = - 1/T - корень характеристического уравнения D(p) = Tp + 1 = 0; кроме того,D’(p1) = T.
При подаче на вход единичного ступенчатого воздействия выходная величина оказывается ограничена по величине и растянута во времени (рис.47). По переходной характеристике, имеющей вид экспоненты, можно определить передаточный коэффициент kи постоянную времениТ. Примерами таких звеньев могут являться четырехполюсник из сопротивления и емкости или сопротивления и индуктивности, демпфер и т.п. Дифференцирующие звенья являются главным средством, применяемым для улучшения динамических свойств САУ.
Кроме рассмотренных имеется еще ряд звеньев, на которых подробно останавливаться не будем. К ним можно отнести идеальное форсирующее звено (W(p) = Tp + 1, практически не реализуемо), реальное форсирующее звено(W(p) = , приT1 >> T2), запаздывающее звено (W(p) = e - pT), воспроизводящее входное воздействие с запаздыванием по времени и другие.