29831

Селективная инвариантность к степенным воздействиям

Лекция

Математика и математический анализ

Условие селективной абсолютной инвариантности: Wf pk = 0 pk k = 1n 4 для всех корней воздействия Если возмущение имеет изображение с полюсами pk а передаточная функция системы на этих полюсах равна 0 то система будет абсолютно инвариантна к этому возмущению. В этом случае И система обладает селективной абсолютной инвариантностью абсолютной т. Говорят что система является астатической относительно ступенчатого возмущения. когда ОПФ имеет двукратный нулевой нуль и система селективно абсолютно...

Русский

2013-08-21

193.5 KB

5 чел.

ЛЕКЦИЯ  №7

7.1. Формы инвариантности.

7.2. Селективная инвариантность к степенным воздействиям.

7.3. Селективная инвариантность к гармоническому воздействию.

7.4. Стационарные режимы СУ: статические и астатические системы.

7.5. Ошибки управления.

       Условия инвариантности одноконтурных СУ.

7.1.

Формы инвариантности.

       Под инвариантностью СУ понимается независимость некоторых её переменных от воздействия.

Управляемая переменная y в общем случае зависит как от задающего воздействия u, так и от возмущающего воздействия f. Переменная y должна быть инвариантна к возмущению f  и ковариантна к u.

Будем считать систему асимптотически устойчивой, т.е.

                                                                                                     Re pi < 0, i = 1,n.

Это означает, что свободная составляющая со временем затухает до 0.

Запишем изображение выходного сигнала y при нулевых начальных условиях и одновременном действии задания u и возмущения f .

Y(p) = Wu (p)U(p) + Wf (p)F(p)

Из этого уравнения можно записать условие абсолютной инвариантности и абсолютной ковариантности.

        Условие абсолютной инвариантности:      Wf (p) = 0,   p                               (1)

(независимость y от f)

        Условие абсолютной ковариантности:     Wu (p) = 1,   p                              (2)   

Если в системе выполняется условие (1), то составляющая выходного сигнала, обусловленная возмущением будет складываться из свободной составляющей и вынужденной.

yf (t) = yсв (t) + yвын (t) = 0

(т.к. yсв (t) = 0 и yвын (t) = 0, если выполняется условие (1))

Если в системе начальные условия ненулевые, усв (t) 0, то условие (1) на практике оказывается физически нереализуемым. На практике обойти условие абсолютной инвариантности можно, если поставить условие инвариантности до .

        Условие инвариантности до :      |Wf (p)|  ,   p                                       (3)

При выполнении условия (3) на ОПФ накладывается ограничение по степени и высоте полинома числителя.

                                                              B(p)         Y(p)

                             Wf (p) =               =      

                                              A(p)         F(P)  

В этом случае окажется ограниченной вынужденная составляющая.

        Форма инвариантности, когда обеспечивается малость установившейся реакции системы на некоторые типы воздействий, называется селективной инвариантностью.

        Если имеется некоторое возмущение F(p), имеющее полюсы pk, k = 1,n, то можно говорить о селективной абсолютной инвариантности.  

        Условие селективной абсолютной инвариантности:    Wf (pk) = 0,  pk, k = 1,n    (4)   

(для всех корней воздействия)

Если возмущение имеет изображение с полюсами pk, а передаточная функция системы на этих полюсах равна 0, то система будет абсолютно инвариантна к этому возмущению.

На практике чаще говорят о селективной инвариантности до .

        Условие селективной инвариантности до :     Wf (pk)  < ,   pk                            (5)

(pk – полюса изображения воздействия)

Из этого условия следует, что нужно минимизировать значение модуля передаточной функции системы по возмущению в той области комплексной плоскости, где размещены полюсы изображения воздействия. При этом необходимо также минимизировать числитель передаточной функции на всех полюсах изображения воздействия. Это будет соответствовать уменьшению установившейся реакции.

B(pk)

Wf (p) =                    ,  k = 1,n

A(pk)

В общем случае существенным условием инвариантности является отсутствие резонанса в системе, т.е. отсутствие совпадения полюсов изображений воздействия и ОПФ. Для лучшего подавления возмущения необходжимо отдалять полюса передаточной функции от полюсов воздействия.

        Условия ковариантности могут быть получены аналогичным образом и представлены в аналогичных формах(абсолютная, селективная ковариантность и ковариантность до ).

         Совпадение реакции системы y(t) с заданием возможно, если

B(pk)

                  Wu (pk) =                ,   k,  pk полюсы изображения задания U(p)

A(pk)      

Wu (pk) должна иметь полюсы, близкие к полюсам изображения задания. В этом случае задание проходит через систему без искажения, не изменяя амплитудных и фазовых сдвигов, наилучшим вариантом является равенство числителя и знаменателя на всех полюсах.

B(p1)        B(p2)                 B(pl)

           =                = … =               1   

A(p1)        A(p2)                 A(pl)  

        Рассмотрим условия инвариантности и ковариантности применительно к АЧХ системы по каналам задания и возмущения.

  

|Wf(iw)|                                                                      |Wu(iw)|

                                                          АЧХ реальных                   1                       абс.ковар.  

                                          инв. до          систем                       

                                                                                                                                             ковар. до  

                                                                                                                                                              

              0    абс. инв-на                          w                               0                                        w   

ВЫВОД:

         Реальные системы обладают такими АЧХ и передаточными функциями, что условия абсолютной инвариантности и ковариантности для них невыполнимы. Следовательно, можно говорить об инвариантности и ковариантности с точностью до в определённом диапазоне частот.

7.2

Селективная инвариантность к степенным воздействиям.

Такой степенной ряд является типовым воздействием:

     Рассмотрим селективную инвариантность к типовым воздействиям такого вида.

Будем считать что ОПФ системы по возмущению известна  

  1.  Рассмотрим первый вид воздействия.

            ,    

yуст можно рассчитать по теореме о конечном значении оригинала:

Анализ результата:

  1.  Для статических систем, имеющих ОПФ вида          , где k – статический коэффициент передачи системы по каналу возмущения.
  2.  Чем меньше k, тем меньше yуст.
  3.  В такой системе достигается селективная инвариантность до .

Рассмотрим случай, когда единичное ступенчатое воздействие подаётся на вход системы с ОПФ вида  , A(p) и B(p) – полиномы, не содержащие множителя р.

Говорят, что ОПФ имеет нулевой нуль, т.е. . В этом случае

И система обладает селективной абсолютной инвариантностью (абсолютной, т.к. ошибка равна 0, а селективной, т.к. воздействие ступенчатое).

Говорят, что система является астатической относительно ступенчатого возмущения.

 2.  Рассмотрим второй вид воздействия.

       , следовательно

Определим предельное значение реакции по теореме о конечном значении оригинала.

 Анализ результата:  

  1.  Если , тогда .

В этом случае имеет место селективная инвариантность до .

2.  , т.е. когда ОПФ имеет двукратный нулевой нуль

и  система селективно абсолютно инвариантна. В этом случае говорят, что система обладает астатизмом второго порядка, т.е. она обеспечивает абсолютную инвариантность для степенного сигнала второго порядка.

3.    Рассмотрим воздействие вида , тогда  ,

, т.е. ОПФ имеет -тый нуль.

 

Анализ результата:

  1.    l, yуст=0

Система обладает селективной абсолютной инвариантностью в установившемся режиме и порядком астатизма .

  1.   = l, p0 = l, тогда

Система обладает селективной инвариантностью до в установившемся состоянии и нулевым порядком астатизма.

  1.    l, yуст =

Система управления неработоспособна, не обладает астатизмом.

Рассмотрим это графически:

 f      y

                                                  f(t)                    y2(t) – селективно инвариантна до 

              в установившемся режиме

                                                                           (система статическая по возмущению)                  

                                                                          y2(t)                                       y1(t)  селективно абсолютно инвариантна                                               

                                                                                                        в установившемся режиме     

                                                                t                           (система астатическая по возмущению)             

                                                       y1(t)        

  

                                                                                                T

7.3

Селективная инвариантность к гармоническому воздействию.

       Пусть в СУ с передаточной функцией по каналу возмущения Wf (p) приложено гармоническое воздействие   тогда ,  расположены на мнимой оси. Установившаяся реакция на это воздействие будет также гармонической .

В соответствии со спектральным методом можно рассчитать амплитуду реакции

Анализ результата:

  1.  Если |Wf (jwf )| мал, то имеет место селективная инвариантность до .

Для селективной абсолютной инвариантности рассмотрим какими условиями должна обладать передаточная функция системы.

Отсюда видно, для того чтобы система компенсировала действующее возмущение, необходимо, чтобы числитель ОПФ B(p) содержал сомножитель .

Тогда , , т.е. система скомпенсировала возмущение, действующее на входе. Такая система является селективно абсолютно инвариантной.

7.4.

Стационарные режимы СУ. Статические и астатические системы.

        В конечном итоге рассмотренная теория инвариантности и ковариантности определяет поведение системы в стационарном режиме после окончания переходного процесса и говорит, по существу, о точности системы.

Как любая динамическая система, СУ может находиться в одном из двух режимов: в стационарном (установившемся) или переходном режиме.

Существует два вида стационарных режимов:

  •  статический,
  •  динамический.  

Установившийся статический режим – режим, при котором система находится в состоянии покоя, все внешние воздействия и реакции самой системы не изменяются во времени.

Установившийся динамический режим – режим установившегося вынужденного движения, когда внешние воздействия изменяются по какому-либо закону, а система отслеживает этот закон.

Рассмотрим графические иллюстрации этих понятий:

                  рис.1                                           рис.2                                        рис.3

На рис.1 – установившийся статический режим, а на рис.2 и рис.3 – динамический.

По виду зависимости от внешнего воздействия различают

  1.  Статические СУ – это системы, в которых при возмущающем воздействии величина y(t) после окончания переходного процесса принимает значения, пропорциональные возмущающему воздействию. В этом случае между выходной и возмущающей величинами существует функциональная связь типа статической характеристики .
  2.  Астатические СУ – системы, в которых при внешнем воздействии f (t) по окончании переходного процесса выходная величина y принимает значение, равное заданному.

Примерами передаточных функций статических и астатических СУ могут быть:

p говорит о том, что в системе есть интегрирующие звенья.

Рассмотрим графические иллюстрации.

                                                                                                                                                     

    u     y                           u(t)                                  f    y

                                                     астатическая                             u(t)

                                                                                                                                                 

                                                  статическая                                                                   статическая  

                                                                        t                                                                           t

                                                                                                                                   астатическая        

Применительно к линейно-возрастающему сигналу возможны следующие варианты:

                                                                                         y2(t)

                                              u     t              u(t)

                                                                                           y1(t)

                                                                                                           y3(t)

                                                                                                               t

 y1(t)- соответствует астатической системе первого порядка (даёт постоянную ошибку).

y2(t) – соответствует астатической системе второго порядка (даёт нулевую ошибку на степенное воздействие первого порядка).

y3(t) -  соответствует астатической системе нулевого порядка (даёт бесконечную ошибку для линейно-возрастающего сигнала и конечную ошибку для нулевого сигнала).

                                          

7.5.

Ошибки управления. Условия инвариантности одноконтурных СУ.

Ошибкой управления будем называть установившуюся ошибку СУ при степенном воздействии 1(t), t, t2, …, tl  и рассчитывать её как  после окончания переходного процесса.

 

Рассмотрим ошибки и условия инвариантности одноконтурных СУ.

         Ошибка в системе управления может возникнуть при действии управляющего воздействия и возмущающего воздействия  либо при их одновременном действии.

А:       Ошибки по управляющему воздействию

             , где

              - изображение ошибки по заданию

            

           Анализ ошибок для различных вариантов:      

  1.  Если система статическая, т.е. передаточная функция имеет вид

                           

     Подадим ступенчатое воздействие, тогда  ,

     если учитывать, что

ВЫВОДЫ:

  1.  Система статическая, поэтому не содержит интеграторов.
  2.  Ошибка системы прямопропорциональна величине U0 и обратно пропорциональна kраз. Чем выше коэффициент передачи системы, тем меньше ошибка. Однако эта ошибка не может быть равна 0, т.к. коэффициент передачи реальных систем ограничен условиями устойчивости.
  3.  Система  селективно ковариантна до .
  4.  Система имеет нулевой порядок астатизма, т.к. не отрабатывает ступенческое воздействие.
  5.  Пусть система астатическая. Имеет передаточную функцию разомкнутой системы вида

                          ,     , тогда  

ВЫВОДЫ:

  1.  Разомкнутая система содержит одно интегрирующее звено.
  2.  Ошибка управления равна 0.
  3.  Система абсолютна ковариантна по заланию.
  4.  Система имеет первый порядок астатизма.

3.    Пусть     и на систему действует равномерная заводка , тогда

      

      

ВЫВОДЫ:

  1.  Разомкнутая система содержит интегрирующее звено, на входе сигнал постоянной скорости.
  2.  Ошибка управления постоянна.
  3.  Система ковариантна с точностью до .
  4.  Система имеет первый порядок астатизма, т.к. на степенное воздействие первой степени имеет конечную ошибку.
  5.  Ошибка управления прямопропорциональна величине задания и  обратно пропорциональна kраз.
  6.  Чтобы система была абсолютно ковариантна по заданию, изменяющемуся по закону , она должна содержать как минимум два интегрирующих звена в разомкнутом контуре и ОПФ должна иметь вид

     


f

Wo

Wp

y

U

-

f(t)

f

y

y2(t)

y1(t)

y(t)

y(t)

y(t)

U(t)

Uo

U,y

U,y

U,y

t

tуст

tуст

tуст

t

t

f

Wo

Wp

y

U

-

        u

     U


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8207. Сущность и закономерности эстетического воспитания 25.01 KB
  Сущность и закономерности эстетического воспитания ПЛАН: Педагогическая сущность понятий эстетическое воспитание и художественное образование. Виды эстетической деятельности и их роль в эстетическом развитии личности. Своеобразие эстетической деятел...
8208. Сущность, движущие силы, противоречия и логика учебного процесса. Основные функции обучения: образовательная, воспитательная и развивающая 47.5 KB
  Сущность, движущие силы, противоречия и логика учебного процесса. Основные функции обучения: образовательная, воспитательная и развивающая. Обучение - это совместная целенаправленная деятельность учителя и учащихся, в ходе которой осуществляетс...
8209. Технология коллективной творческой деятельности. Методика КТД 38 KB
  Поскольку основной формой функционирования педагогического процесса является коллектив, то технология воспитательного мероприятия может рассматриваться в контексте общей технологии организации коллективной творческой деятельности.Технология коллекти...
8210. Система географических знаний учащихся средней школы. Этапы, методы и средства их формирования 25 KB
  Под системой знаний понимается комплекс взаимосвязанных знаний, образующих определенную целостность. В состав географических знаний о современном мире включают основные теории и учения, знания о процессах и явлениях, знания об объектах. Логика их фо...
8211. Особенности педагогической профессии: виды педагогической деятельности, структура, ценностные характеристики 27 KB
  Особенности педагогической профессии: виды педагогической деятельности, структура, ценностные характеристики. Традиционно основными видами педагогической деятельности являются преподавание и воспитательная работа, в профессиональной школе целесообраз...
8212. Специфика педагогического общения 34.5 KB
  Специфика педагогического общения обусловлена различными социально-ролевыми и функциональными позициями его субъектов. Стиль общения и руководства в существенной мереопределяет эффективность обучения и воспитания, а также особенностиразвития личност...
8213. Формирование системы знаний и умений при изучении рельефа,геологического строения и полезных ископаемых в школьном курсе географии 28.5 KB
  При изучении раздела Литосфера ученики узнают о строении Земли, о месте литосферы среди др. оболочек и о движениях земной коры, систематизируются понятия о горных породах путем их деления на осадочные, магматические и метаморфические, изучаются крупны...
8214. Электрический ток. Источники тока. Электрическая цепь и ее составные части 35.5 KB
  Урок физики по теме: Электрический ток. Источники тока. Электрическая цепь и ее составные части в 8 классе. Цель урока: Рассмотреть физическую природу электрического тока и выяснить, из каких частей состоит электрическая цепь. Задачи: Дидактические...
8215. Вопросы государственного экзамена по теории и методике обучения географии 277 KB
  Вопросы государственного экзамена по теории и методике обучения географии, 2010 г. Методика обучения географии как наука: предмет и задачи, этапы развития. Методика обучения географии - одна из педагогических наук. От греч. слова methodike...