17160

Лінійні динамічні системи. Диференційне рівняння системи. Передатна функція. Її властивості

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Лекція 2.Тема. Лінійні динамічні системи. Диференційне рівняння системи. Передатна функція. Її властивості. План 1. Лінійні динамічні системи. 2.Диференційне рівняння системи. 3.Передатна функція. Її властивості. Лінійні динамічні системи. Динамічн...

Украинкский

2013-06-29

70 KB

16 чел.

Лекція 2.Тема. Лінійні динамічні системи. Диференційне рівняння системи. Передатна   функція. Її властивості.

План

1. Лінійні динамічні системи.

2.Диференційне рівняння системи.

3.Передатна функція. Її властивості.

  1.  Лінійні динамічні системи.

Динамічна система - система, що описується лінійними й нелінійними диференціальними рівняннями високого  порядку.

У самому загальному виді зв'язок між входом і виходом динамічної системи можна представити у вигляді:

х(t) – вихідна векторна величина, y(t) – вхідна векторна величина (функція часу), А – оператор системи, встановлюючий відповідності (однозначні) між входом y(t) й виходом x(t) і трактуемый у самому широкому змісті, тобто буквою А позначається вся сукупність математичних дій, які потрібно зробити, щоб по даній вхідній функції y(t) знайти результат – вихідну функцію x(t).

Оператор системи є повною, вичерпною характеристикою. При цьому поняттям оператора поєднуються будь-які математичні дії: всі алгебраїчні дії, диференціювання, інтегрування, зрушення в часі, рішення диференціальних, інтегральних алгебраїчних і будь-яких інших функціональних рівнянь, а також будь-які логічні дії (тобто виконувати досить складні алгоритми).

Задати оператор системи - це означає задати сукупність (програму) дій, які треба здійснити над вхідною функцією, щоб одержати вихідну функцію. Оператор А називається лінійним, якщо при будь-яких n, с1, …, сn і при будь-яких функціях y1(t), …, yn(t) справедливо:

Динамічна система називається лінійної, якщо її оператор лінійний.

Властивість лінійних систем, виражена співвідношенням (*) називається принципом суперпозиції. Для того, щоб система була, таким чином, лінійної необхідно й досить:

1.Сумі будь-яких двох вхідних збурювань відповідає сума двох вихідних змінних:

2.При будь-якім посиленні вхідного збурювання без зміни його форми (масштабне по осі ординат зміна) вихідна змінна перетерплює точно таке ж посилення, також не змінюючись за формою:

Підкреслимо, що для лінійності системи необхідно, щоб принцип суперпозиції дотримувався при будь-якім числі доданків, при будь-якому виборі величини з? і функцій y?(t). Прикладами лінійних операторів є

,

інтегральний оператор

більше загальний интегро-дифференциальный оператор

До лінійному інтегральному або интегро-дифференциальному оператора приводиться оператор рішення довільного звичайного диференціального рівняння:

Зі справедливості принципу суперпозиції для лінійних систем при будь-якім числі доданків і будь-якому виборі функцій y?(t) і чисел з? треба, що він застосовний не тільки до сум, але й до інтегралів, тобто

де індекс t в оператора А показує, що цей оператор діє над функцією аргументу t, а розглядається як фіксований параметр.

Співвідношення (**) позначає принцип суперпозиції в інтегральній формі.

Принцип суперпозиції дає можливість виразити реакцію лінійної системи на будь-яке збурювання через її реакцію на певний вид елементарних збурювань. Для цього досить розкласти довільне збурювання y(t) на елементарні збурювання обраного типу. Тоді, знаючи реакцію лінійної системи на елементарне збурювання, можна за допомогою принципу суперпозиції визначити її реакцію на довільне збурювання.

2.Диференційне рівняння системи.

Опис лінійних систем здійснюється у формі диференціального рівняння:

y(t) – вхід (іноді пишуть  f(t));

x(t) – вихід динамічної системи.

Розглянемо рівняння динамічної системи у вигляді:

(1)

Застосуємо до правої й лівої частин перетворення Лапласа:

…………………………………………………………………………

Підсумовуючи,одержимо:

,

Де - цілком залежить від початкових умов і при нульових початкових умовах звертається в нуль.

Аналогічно можна одержати для правої частини:

.

Уводячи нові позначення, одержимо, що:

;

,

де перший доданок визначає ефект впливу й не залежить від початкових умов, а другий доданок, навпаки, залежить від початкових умов і не залежить від впливу.

3.Передатна функція. Її властивості.

Особливе положення займає відношення

що, являється відношенням перетворення виходу до входу при нульових початкових умовах:

- передатна функція лінійної динамічної системи із зосередженими параметрами (стаціонарна).

Якщо рішення отримане в операторной формі у вигляді (34), то застосовуючи зворотне перетворення Лапласа до   одержимо рішення рівняння в області речовинної змінної, тобто.

.

Властивості передатної функції динамічної системи

Ці властивості справедливі для систем стійких із зосередженими параметрами.

1.Передатна функція  або являють собою дрібно-раціональну функцію, причому порядок m чисельника не перевищує порядок n знаменника.

2.Всі коефіцієнти  речовинні.

3.Нематеріальні нулі й полюси передатної функції можуть бути лише комплексно-спряженні.

4.Всі полюсы передатної функції розташовані в лівій напівплощині комплексного змінного (умова стійкості).

Контрольні питання

1. Лінійні динамічні системи.

2.Диференційне рівняння системи.

3.Передатна функція. Її властивості.

Список літератури.

1. Іванов А.А. Теория автоматического управления и регулирования. М.: издательство «Недра», 1970, с. 252.

2. Я.З. Цыпкин «Основы теории автоматических систем». М.: «Наука», 1977, с. 560.

3. Фельдбаум А.А., Теоретические основы связи и управления. М.: «Наука», 1963, с. 240.

4. Понтрягин А.С., Математическая теория оптимальных процессов. М.: «Наука», 1961, с. 320.

5. Зубов В.И. Лекции по теории управления. М.: «Наука», 1975, с. 345.

6. Перегудовидр Ф.И. Информационные системы для руководителей. М.: Финансы и статистика, 1992, с. 168.


Система

(t)

y(t)

f(t)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

12843. Домик для сосны отрядное дело 21 KB
  ДОМИК ДЛЯ СОСНЫ. Задача: творческое развитие детей сплотить коллектив. Период смены: 56день. Возраст детей: младший отряд. Продолжительность: 30-40 минут. Количество детей: несколько групп по любому количеству человек. Место проведения: площадка перед корпусом р
12844. День рыцарства 32 KB
  День рыцарства Период смены: основной. Возраст детей: все отряды за исключением возможно самого младшего Колво детей: участвует равное колво мальчиков и девочек. Продолжительность: 6080 мин. Оборудование: цветная бумага ножницы стулья кегли или кубики20 фломастеров
12845. Девятилетние принцессы. ОД предназначено для дня девочек 26.5 KB
  Девятилетние принцессы Период смены: основной ОД предназначено для дня девочек или чегото в этом родеВозраст: младшие отряды34 Количество детей: все девочки отряда мальчики жюри Продолжительность: 15 часаМесто проведения: отрядное местоОборудование: незаполненн...
12846. ДЕВЯТИЛЕТНИЕ КАПИТАНЫ. СЦЕНАРИЙ ДНЯ РОЖДЕНИЯ В ЛАГЕРЕ 31.5 KB
  ДЕВЯТИЛЕТНИЕ КАПИТАНЫ. СЦЕНАРИЙ ДНЯ РОЖДЕНИЯ В ЛАГЕРЕ. Период смены: день рождения ребенка Возраст: Праздник проводится для детей 812 лет. Количество детей: в празднике участвует весь отряд Продолжительность: 152 часа возможно разделение на 2 блока: до и после обеда Место
12847. ИГРА «ДВА КОРАБЛЯ» 27.5 KB
  ИГРА ДВА КОРАБЛЯ ПЕРИОД СМЕНЫ: основной. ВОЗРАСТ: старшие отряды. КОЛИЧЕСТВО ДЕТЕЙ: в идеале 2 команды по 10 человек остальные дети жюри если отряд большой число участников можно увеличить. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ: 1час. МЕСТО ПРОВЕДЕНИЯ: отрядное место или люба
12848. ГЕРБЫ 20.5 KB
  ГЕРБЫ. Задача: познакомить детей. Период смены: орг. период. Возраст детей: старший отряд. Продолжительность: 3050 минут. Количество детей: весь отряд. Место проведения: отрядное место. Оборудование: бумага карандаши. Раздаем гербы. Их запоминае...
12849. ГАЗЕТА 23 KB
  ГАЗЕТА. Задачи: сплочение коллектива развитие творческой сообразительности показать детям то что они должны искать в окружающей жизни больше положительных моментов в отличии от современных СМИ которые освещают слишком много негативного. Период смены: серед
12850. ВЫДУМАННЫЙ ПОРТРЕТ 20.5 KB
  ВЫДУМАННЫЙ ПОРТРЕТ. Задача: познакомить детей друг с другом. Период смены: орг. период. Возраст детей: с 10 лет. Продолжительность: 4060 минут. Количество детей: весь отряд. Место проведения: отрядное место. Оборудование: инструмент сигнал которого обозначает н
12851. Ассоциации отрядное дело. Развитие ассоциативного мышления 20.5 KB
  АССОЦИАЦИИ. Задачи: развитие ассоциативного мышления. Период смены: вторая половина основного периода. Возраст детей: от 12 лет. Продолжительность: от 30 минут. Количество детей: весь отряд. Место проведения: отрядное место. Оборудование: Сначала во...