45458

Системы управления при случайных воздействиях. Преобразование стационарного случайного сигнала стационарной линейной динамической системой

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Системы управления при случайных воздействиях. Если задающее воздействие gt является случайным процессом то выходная координата системы yt и ошибка воспроизведения xt = gt yt представляют собой также случайные процессы. Следовательно при случайных воздействиях речь может идти об определении не мгновенных а лишь некоторых средних значений выходной переменной системы и ошибки. Такими средними значениями являются среднее значение квадрата выходной переменной системы 9.

Русский

2013-11-17

265.5 KB

6 чел.

4. Системы управления при случайных воздействиях. Преобразование стационарного случайного сигнала стационарной линейной динамической системой.

9.3. Оценка работы линейных автоматических систем при случайных стационарных воздействиях

Оценить работу автоматических систем при сигналах внешних воздействий в виде стационарных случайных процессов можно с помощью корреляционных функций и спектральных плотностей.

Если задающее воздействие g(t) является случайным процессом, то выходная координата системы y(t) и ошибка воспроизведения x(t) = g(t) - y(t) представляют собой также случайные процессы.

Следовательно, при случайных воздействиях речь может идти об определении не мгновенных, а лишь некоторых средних значений выходной переменной системы и ошибки.

Такими средними значениями являются среднее значение квадрата выходной переменной системы

(9.20)

и квадрата ошибки

(9.21)

Эти величины можно найти через их корреляционные функции и спектральные плотности

163

(9.22)

(9.23)

Следовательно, для исследования статистической точности автоматических систем необходимо вычисление корреляционных функций Rу(τ), Κx(τ) и спектральных плотностей Sу(ω), Sx(ω) переменной на выходе системы у и ошибки x по известной корреляционной функции Rg(τ) и спектральной плотности Sg(ω) случайного входного воздействия.

Для установления взаимосвязи между корреляционными функциями переменных входа и выхода системы, а также взаимосвязи между их спектральными плотностями используется известное интегральное уравнение (интеграл Дюамеля), на основании которого

(9.24)

где wy(t) - весовая или импульсная функция замкнутой системы по задающему воздействию g(t);

λ - вспомогательное время интегрирования.

Тогда корреляционная функция выходной величины

Ry(r) = y(t) · y(t + τ),

(9.25)

а спектральная плотность, определяемая как прямое преобразование Фурье от корреляционной функции, имеет вид

Sy(ω) = F[Ry(τ)].

(9.26)

Выполнив необходимые преобразования получаем [1]

Sy(ω) = | Фg(jω) |2 · Sg(ω),

(9.27)

164

где Фg(jω) - частотная передаточная функция замкнутой системы по задающему воздействию.

Таким образом, спектральная плотность выходной координаты системы может быть получена умножением спектральной плотности входной величины на квадрат модуля частотной передаточной функции замкнутой системы до задающему воздействию.

Аналогично получается выражение для спектральной плотности ошибки

Sx(ω) = F[Rx(τ)] = | Фxg(jω) |2 · Sg(ω)

(9.28)

где Фxg(jω) - частотная передаточная функция замкнутой системы по ошибке относительно задающего воздействия.

Выражения (9.27) и (9.28) устанавливают связь между спектральными плотностями Sy(ω), Sx(ω) переменной на выходе системы у и ошибки x со спектральной плотности Sg(ω) случайного входного воздействия.

Тогда средние значения квадрата выходной величины системы и ошибки определяются как

(9.29)

(9.30)

При действии на систему независимых друг от друга задающего и возмущающего воздействий g(t) и f(t) спектральная плотность ошибки системы будет

Sx(ω) = |Фxg(jω)|2 Sg(ω) + |Фxf(jω)|2 Sf(ω),

(9.31)

где Φxf(jω) - частотная передаточная функция замкнутой системы относительно точек входа помехи f(t) и ошибки x(t);

Sf(ω) - спектральная плотность сигнала помехи f(t).

165

Суммарная ошибка системы в этом случае будет характеризоваться выражением

x

2

Σ

= x

2

g

+ x

2

f

.

(9.32)

Таким образом оценивается работа линейных автоматических систем при случайных стационарных воздействиях.

Пример. Передаточная функция разомкнутой системы автоматического управления имеет вид

W(s) =

k

s(T1s + 1)(T2s + 1)

 ,

где k - общий коэффициент передачи разомкнутой цепи;
Т
1 и Т2 - постоянные времени.

На входе системы действует полезный регулярный сигнал m(t) = m1 · t и помеха n(t), представляющая собой белый шум со спектральной плотностью Sn(ω) = c2 = const.

Оценить ошибку системы.

Решение. Установившееся значение ошибки от полезного сигнала

Средний квадрат случайной ошибки, вызванной помехой на входе, равен среднему квадрату выходной величины системы от помехи и определяется

Из полученных выражений следует, что увеличение общего коэффициента передачи разомкнутой цепи системы k с одной стороны ведет к уменьшению установившегося значения ошибки системы от

166

полезного сигнала, однако, с другой стороны для уменьшения среднего квадрата случайной ошибки, вызванной помехой на входе, необходимо, чтобы значение общего коэффициента передачи разомкнутой цепи системы k было минимально.

Оптимальное значение общего коэффициента передачи системы делается путем минимизации среднего квадрата суммарной ошибки


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

64057. Проект частной мастерской по ремонту кузовов легковых автомобилей в условиях с.Ребриха 1.26 MB
  Зубило используют для прямолинейной рубки деталей из тонких листов для обрезания фасок на толстых металлических листах при отсутствии шлифовальной машинки а также для рубки металлических прутков и т. Рубку листа осуществляют зубилом установленным под углом к обрабатываемой поверхности...
64058. Разработка технологического процесса сборки и сварки подкрановой балки 773.5 KB
  Устройство поясов из нескольких листов, сваренных по продольным кромкам, менее предпочтительно ввиду необходимости сварки протяжённых швов, сложности обеспечения плотного прилегания поясных листов друг к другу, неравномерности распределения напряжений.
64059. РАЗРАБОТКА ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОГРАММ ДЛЯ РЕСТОРАНА КЛАССА «ЛЮКС» НА 100 ПОСАДОЧНЫХ МЕСТ (ШВЕДСКИЙ СТОЛ) 633 KB
  Основными типами являются: Городские рестораны и кафе Располагаются в городах предполагают разнообразный набор блюд специализируются в предоставлении обедов ужинов работают в определенные часы и имеют многочисленную клиентуру; Рестораны и кафе самообслуживания...
64061. Создание благоприятного социально-психологического климата на уроках английского языка 643 KB
  В работе рассматривается вопрос использования различных подходов к созданию благоприятного психологического климата на уроках в совокупности с современными методиками обучения. В литературе имеется немало исследований посвященных проблеме формирования благоприятного социально-психологического климата...
64062. Фонетические, лексические и грамматические особенности говора пос. Береславка 378 KB
  Таким образом наблюдается смешение и параллельное существование черт Северорусского и Южнорусского наречий а также Среднерусских говоров. Одним из важнейших определителей отнесённости говора к определённому наречию является такая характеристика как тип предударного вокализма.
64063. Примениние холодной электродуговой сварки чугуна в строительстве 348 KB
  Всё изделие за исключением зоны прилегающей к сварочной ванне остаётся практически холодным на всём протяжении процесса сварки. Металл наплавляется узкими короткими валиками отдельными участками распределёнными по поверхности сварки с тем чтобы избежать...
64064. Изучение лицензирования и квотирования импорта и экспорта товаров в Таможенном союзе 514 KB
  Экспортные вводятся либо в соответствии с международными стабилизационными соглашениями устанавливающими долю каждой страны в общем экспорте определенного товара либо правительства страны для предотвращения вывоза товаров дефицитных на внутреннем рынке.
64065. СТРУКТУРНО-СЕМАНТИЧНІ ОСОБЛИВОСТІ АВТОРСЬКИХ ЛЕКСИЧНИХ НОВОТВОРІВ У ПОЕЗІЇ КІНЦЯ ХХ – ПОЧАЬТКУХХІ СТОЛІІТЬ 628 KB
  Актуальність дослідження також зумовлена важливою роллю кожного поета в розвитку літератури рідного краю, збагаченням поетичного словника мови новими оригінальними й високохудожніми індивідуально-авторськими одиницями.