17162

Поняття та умови стійкості. Критерій стійкості Михайлова, Гурвіца

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Лекція 4. Тема. Поняття та умови стійкості. Критерій стійкості Михайлова Гурвіца. План 1. Поняття та умови стійкості. 2. Критерій стійкості Михайлова 3. Критерій стійкості Гурвіца. У процесі роботи системи автоматичного регулювання піддаються різним впливам щ

Украинкский

2013-06-29

79.5 KB

7 чел.

Лекція 4. Тема. Поняття та умови стійкості. Критерій стійкості Михайлова, Гурвіца.

План

1. Поняття та умови стійкості.

2. Критерій стійкості Михайлова

3. Критерій стійкості Гурвіца.

У процесі роботи системи автоматичного регулювання піддаються різним  впливам, що обурюють, які виводять систему зі сталого режиму, зі стану рівноваги й відхиляють регульовану величину від заданого значення. Регулятор прагне привести регульовану величину до заданого значення. Перехід систем з одного стану в інше внаслідок мас, ємностей і т.п. не може відбутися миттєво. У результаті  впливів, що обурюють, і наступних за ними впливів, що відновлюють, регулятора в системі виникають перехідні процеси.

Перехідний процес - це зміна в часі регульованої величини з моменту додатка впливу до початку сталого процесу.

Перехідний процес має дві складові: змушена, котра визначається характером зовнішнього впливу; власна складова, що залежить тільки від параметрів системи автоматичного регулювання.

Сталої називається такий процес, коли власна складова перехідного процесу повністю загасає й залишається тільки змушена складова.

Види процесів і систем регулювання:

1. Регульована величина, що у результаті  впливу, що обурює, відхилилася від заданого значення, із часом під впливом регулятора вертається до заданого значення з точністю, що відповідає статичної погрішності регулятора. Такий процес називається збіжної, а система регулювання - стійкої.

2. Регульована величина, що у результаті  впливів, що обурюють, відхилилася від заданого значення, із часом під впливом регулятора не наближається, а теоретично безмежно віддаляється від заданого значення аперіодично або з коливаннями, амплітуда яких безупинно зростає. Такий процес називається розбіжної, а система нестійкої.

3. Регульована величина, що у результаті  впливу, що обурює, відхилилася від заданого значення, із часом під впливом регулятора до сталого процесу не вертається, а робить незатухаючі коливання з амплітудою, що залежить від початкових умов. Такий процес називається коливальним, а система -    стійкості, що перебуває на границі.

Нестійкі системи практично непридатні, тому виникає необхідність досліджувати системи на стійкість.

1.Критерій стійкості.

Було показано, що необхідною й достатньою умовою стійкості системи (деякого класу) є заперечність дійсних частин всіх корінь   характеристичного рівняння. Якщо зображувати ці крапки на комплексній площині, то необхідна й достатня умова стійкості, мабуть, полягає в тім, щоб всіх корінь були розташовані в лівій частині комплексної площини.

Отже, дослідження стійкості системи зводиться до знаходження знаків дійсних частин корінь характеристичного рівняння або, до визначення розташування цих корінь на комплексній площині.

Рівняння ступенів більше четвертої не мають загальних виражень для корінь. Тому важливого значення набувають правила, які дозволяють досліджувати стійкість системи, минаючи обчислення корінь. За допомогою цих правил, називаних критеріями стійкості, не тільки встановлюють, стійка  чи система ні, але й з'ясовують вплив тих або інших параметрів і структурних змін у системі на стійкість.

Математично форми критеріїв стійкості еквівалентні, тому що всі вони визначають умови, при яких коріння характеристичного рівняння лежать у лівій частині комплексної площини.

Принцип аргументу.

Якщо мероморфна в області, обмеженої простим замкнутим контуром С и на ньому, і якщо  не має на цьому контурі нулів і полюсів, то різниця між числом нулів і полюсів (з урахуванням їх кратності) функції , лежачих усередині З, дорівнює повному числу оборотів навколо нуля, чинених крапкою , коли z описує контур С у позитивному напрямкуполюсов функции)                                часовой стрелки.  

 

2.Критерій стійкості Михайлова

Нехай система має характеристичне рівняння виду:

Як  замкнутий контур З, про яке говориться в принципі аргументу, виберемо контур, що складається з півкола нескінченно великого радіуса, розташованої в правій напівплощині й мнимій осі. Якщо виявиться, що усередині цього контуру функція  не має нулів, то всі коріння характеристичного рівняння будуть мати негативні речовинні частини й, отже, система буде стійкою.

Таким чином, можна сформулювати як наслідок принципу аргументу наступний критерій:

Динамічна система стійка, якщо при обході крапкою S замкнутого контура С,   нескінченно великого радіуса, що складається з півкола, розташованої в правій напівплощині й мнимій осі комплексного змінного S, число оборотів вектора D(s), відповідної лівої частини характеристичного рівняння системи, навколо початку координат на площині D, дорівнює нулю.

Видозмінимо формулювання критерію. Будемо спочатку змінювати S уздовж півкола  б.б. радиуса.

Заменим: .

.

Якщо , то есть  - досить велико, то модулі всіх доданків, починаючи із другого, на порядок менше модулів першого доданка. У цьому випадку кут повороту комплексного вектора D(s) визначається кутом повороту першого що складає, а тому досить у розкладанні обмежитися лише першим членом..

З вираження  видно, що при обході  модуль залишається незмінним, а  здобуває збільшення π.

Тоді й вектор D(s) повернеться на кут  або т.е.  раз обернеться в цьому ж напрямку навколо початку координат.

Але тому що відповідно до сформульованого критерію при зміні S от  до , а потім по  кут повороту (сумарний) повинен бути дорівнює нулю (для стійкої системи), те:

Для того, щоб система з постійними параметрами була стійка, необхідно й досить, щоб при зміні S мнимої осі від  до  число оборотів вектора D по годинній стрілці рівнялося , де - порядок характеристичного рівняння.З огляду на, що (*- сполучене комплексне число) і змінюючи  не от до 0, а от 0 до , приходимо до наступного критерію Михайлова:

Для стійкості динамічної системи з постійними параметрами необхідно й досить, щоб при зміні  від 0 до  крива, описувана кінцем вектора , проходила проти вартовий стрілки через n квадрантів, де n - порядок характеристичного рівняння.

3. Критерій стійкості Гурвіца.

Характеристичне рівняння системи:  , де .

Критерій Гурвіца: для того, щоб корні характеристичного рівняння системи мали негативні дійсні частини , необхідно і достатньо, щоб його головний визначник і всі діагональні мінори були невід’ємні.

Правило побудови головного визначника характеристичного рівняння: по головній діагоналі записати коефіцієнти рівняння з  по ; дописати стовпці вгору коефіцієнтами зі спадаючими індексами від написаного, вниз – зі зростаючими індексами; елементи, яких не вистачає, дописати нулями.

Контрольні питання

1 Поняття та умови стійкості.

2.Критерій стійкості Михайлова

3. Критерій стійкості Гурвіца.

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.


Вектор проходить 2 повних обороти навколо початку координат проти
годинникової стрілки

=5 (хрестиків - нулів функції)

P=3 (кружечків - полюсів функції)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

932. Расчеты горения топлива 139 KB
  Расчёт теплоты сгорания топлива. Определение теоретически необходимого и фактического расхода воздуха. Определение выхода и состава продуктов горения. Определение теоретической и действительной температуры горения.
933. Расчет нагрева металла 256.5 KB
  Расчет времени нагрева металла в методической зоне. Средняя температура металла по сечению. Расчет времени нагрева металла в сварочной зоне. Расчет времени томления металла.
934. Тепловой баланс 558.5 KB
  Температура внутренней поверхности кладки. Потери теплоты через футеровку. Потери теплоты через окна. Теплота экзотермических реакций. Температура уходящих из томильной зоны газов. Потери теплоты с охлаждающей жидкостью. Температуру внутренней поверхности стен.
935. Рекуператор. Поверхность нагрева металлического петлевого рекуператора 97.5 KB
  Определение поверхности нагрева металлического петлевого рекуператора для подогрева воздуха. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от труб рекуператора к воздуху. Отношение коэффициентов теплоотдачи на стороне воздуха и продуктов сгорания.
936. Горелки томильных печей 54.5 KB
  Для осуществления равномерного нагрева свода принимаем шахматное расположение горелок на своде печи с шагом по длине 1463 мм и 1410 мм по ширине. Тогда в методической зоне будет 4, в сварочной 7 и томильной 3 горелки.
937. Газодинамические расчеты газо-воздушных трактов 118.5 KB
  Скорость движения дымовых газов в начале печи. Скорость движения продуктов горения в вертикальном канале. Потери давления на повороте из дымохода в вертикальный канал. Средняя температура дыма по длине трубы.
938. Разработка маршрутно-операционного технологического процесса изготовления детали Крышка 378 KB
  Технический анализ чертежа детали и его корректировка в соответствие со стандартами ЕСКД. Составление технологического маршрута обработки, включая термические и контрольные операции. Расчет суммарной погрешности выполнения одного операционного размера, с учетом действия различных технологических факторов.
939. Управление делами Аппарата Администрации Смоленской области г. Смоленск, площадь им. Ленина, 1 311.5 KB
  Общая характеристика Аппарата Администрации Смоленской области. Основные задачи и функции протокольного отдела. Управление делами Аппарата Администрации Смоленской области. Функциональное содержание управленческой деятельности на примере протокольного отдела Управления делами Аппарата Администрации Смоленской области.
940. Исследование основных параметров и схем включения операцион-ных усилителей 231.5 KB
  В ходе работе были определены параметры операционного усилителя К140УД7 на лабораторном стенде и его зарубежного аналога uA741C в среде моделирования Microcap9: коэффициент усиления ОУ без обратной связи, входные токи, входное напряжение смещения, коэффициент ослабления синфазного сигнала.