- •Линейные одномерные системы автоматического управления
- •Линейные одномерные системы автоматического управления
- •Теория автоматического управления
- •Введение
- •Глава 1. Уравнения, элементарные блоки, структурные схемы и переходные процессы в сау
- •. Уравнения сау
- •1.2. Передаточные функции
- •1.3. Переходная и импульсная переходная функции. Показатели качества переходного процесса
- •1.4. Элементарные звенья
- •1.5. Структурные схемы сау и правила их преобразования
- •Глава 2. Обоснование метода передаточных функций для исследования сау
- •2.1. Преобразование Лапласа
- •2.2. Основные теоремы операционного исчисления
- •2.3. Реакция сау на произвольное входное воздействие. Интеграл Дюамеля
- •Глава 3. Частотные характеристики сау
- •3.1. Амплитудно-фазовые частотные характеристики
- •Логарифмические частотные характеристики
- •3.3. Частотные характеристики элементарных звеньев
- •Глава 4. Устойчивость сау
- •Алгебраический критерий устойчивости Гурвица.
- •4.2. Частотный критерий устойчивости Михайлова.
- •4.3. Частотный критерий устойчивости Найквиста
- •4.3.1. Критерий асимптотической устойчивости замкнутой системы, содержащей лишь устойчивые звенья
- •4.3.2. Применение критерия Найквиста к системам с нейтральными звеньями
- •4.3.3 Применение критерия Найквиста к системам с неустойчивыми звеньями
- •4.4 Метод d – разбиения
- •4.4.1 Линейная зависимость коэффициентов характеристического уравнения от одного параметра
- •4.4.2 Линейная зависимость коэффициентов характеристического уравнения от двух параметров
- •Приложение 1. Задачи
- •1. Динамические и частотные характеристики сау
- •Литература
4.3.1. Критерий асимптотической устойчивости замкнутой системы, содержащей лишь устойчивые звенья
Пусть САУ состоит из устойчивых звеньев, а характеристическое уравнение разомкнутой системы не имеет нулей в правой полуплоскости. В этом случае и формула принимает вид
Таким образом, САУ устойчива, если число оборотов АФЧХ разомкнутой системы вокруг точки (-1,0) равно нулю.
В частном случае, когда контур Г не имеет самопересечений, справедлив следующий критерий.
Критерий Найквиста. САУ асимптотически устойчива, если точка (-1,0) лежит вне контура Г.
Заметим, что контур Г может охватывать точку (-1,0), но наличие самопересечений этого контура делает САУ устойчивой.
Расположение точек f(0),f(∞)на оси абсцисс
Пусть разомкнутая и замкнутая САУ устойчивы. При этом пары чисел и должны иметь одинаковые знаки. В противном случае полиномы будут иметь положительный корень на интервале , что противоречит предположению об устойчивости разомкнутой и замкнутой САУ. Так как , то числа также имеют одинаковые знаки, значит точки лежат по одну сторону от точки (-1,0).
Вывод. Если точки лежат по разные стороны от точки (-1,0), то замкнутая САУ неустойчива. Если же эти точки лежат по одну сторону, то замкнутая САУ может быть либо устойчивой, либо неустойчивой.
4.3.2. Применение критерия Найквиста к системам с нейтральными звеньями
Пусть передаточная функция разомкнутой САУ содержит одно интегрирующее звено 1/p. Звенья, для которых характеристические полиномы содержат корни на мнимой оси называются нейтральными.
|
Рис 4.5 Кривая Найквиста для системы с нейтральным звеном 1/p |
В плоскости p выберем контур (Рис. 4.5 слева). При этом с помощью полуокружности малого радиуса r Исключим полюс 1/p передаточной функции .
В пределе при контур G охватывает всю правую полуплоскость. Вблизи функция ведет себя, как , где . При этом бесконечные ветви кривой должны быть замкнуты полуокружностью бесконечно большого радиуса, пробегаемую по стрелке часов (рис. 4.5 справа).
|
Рис 4.6 Кривая Найквиста для системы с нейтральным звеном |
На рис. 4.6 представлен годограф Найквиста для функции , у которой в нуле имеется полюс второго порядка, т.е. САУ содержит звено . В этом случае ветви кривой должны быть замкнуты двумя полуокружностями бесконечно большого радиуса.
В общем случае, когда САУ содержит нейтральные звенья, характеристические полиномы которых имеют l корней (с учетом их кратности) на мнимой оси, формула принимает вид.
,
где число поворотов по часовой стрелке контура вокруг точки (-1,0).
4.3.3 Применение критерия Найквиста к системам с неустойчивыми звеньями
Рассмотрим САУ, которая содержит неустойчивые звенья. При этом характеристический полином разомкнутой системы будет содержать нули в правой полуплоскости. Для определенности предположим что уравнение имеет корень кратности l на оси абсцисс, т.е. передаточная функция разомкнутой САУ имеет полюс
|
Рис 4.7 Кривая Найквиста для САУ с неустойчивым звеном |
В плоскости (рис. 4.7 слева). При этом с помощью полуокружности радиусом и центром на оси абсцисс передаточной функции (окружность пробегается по стрелке часов).
В пределе при контур охватывает всю правую полуплоскость. Вблизи функция ведет себя, как
,
где . При этом на плоскости к контуру добавляется окружность бесконечно большого радиуса, пробегаемая по стрелке часов раз (рис. 4.7 справа).
В общем случае, когда САУ содержит неустойчивые звенья, характеристические полиномы которых имеют корней (с учетом кратности) в правой полуплоскости, формула принимает вид
,
где - число поворотов по часовой стрелке контура вокруг точки (-1,0).
Замечание. Если полином имеет корней (с учетом кратности) на мнимой оси и корней с учетом кратности) в правой полуплоскости, то .