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

33851. ФИЛОСОФИЯ РУССКОГО КОСМИЗМА 13.87 KB
  Именно в космизме ставятся проблемы о космосе и человеке выдвигается положение о том что конец этого мира конец истории зависит и от творческого акта человека. необходимости нового сознательного развития мира когда человечество направляет его в ту сторону в какую диктует ему разум и нравственное чувство. Речь по существу идет о расширении прав сознательнодуховных сил об управлении духом материи об одухотворении мира и человека.
33852. Диалектика — учение о всеобщей связи и развитии 15.96 KB
  Они всегда влияют определенным образом друг на друга завцЬят друг от друга то есть находятся во взаимной связи и обусловленности. В поле зрения каждой из них находятся определенные предметы и явления а следовательно и определенные связи между ними. В социальных науках раскрываются разнообразные связи и зависимости различных общественных явлений например связь политики и экономики государства интересов различных классов и их экономического положения воздействие географической среды плотности населения и других явлений на темпы развития...
33853. Многозначность понятия природы 15.47 KB
  Природа может пониматься либо как абстракция либо как потенция либо как акт. Всякий раз следует обращать внимание на указанные обстоятельства при рассмотрении того или иного значения термина природа. Концепции природы до множества ипостасей одного вида: природаобразец и логос природы: 1 Природаобразец реально существующая до множества ипостасей данного вида а после их появления отдельно от нихт. Тождественна платоновской идееОтметим что в данном значении термин природа не имел скольнибудь распространённого применения в...
33854. Духовные ценности и их роль в воспитании и образовании 14.12 KB
  Если предметные ценности выступают как объекты потребностей и интересов человека то ценности сознания выполняют двоякую функцию: они суть самостоятельная сфера ценностей и основание критерий оценки предметных ценностей. Особенностью высших ценностей выступает также и то что они составляют стержень культуры определенного народа фундаментальные отношения и потребности людей: общечеловеческие мир жизнь человечества ценности общения дружба любовь доверие семья социальные ценности представления о социальной справедливости свободе...
33855. Человечество 15.75 KB
  Человечество становится единым целым в ходе отношений в эпоху открытия мирового рынка. повсеместные охватывают все челво; от решения этих проблем зависит существование челва; решение требует усилий больва челва.Угрозы: Экологические катастрофы; Деградация челва; Мировая война. Человек биологический вид и ему необходимы привычные условия обитания.
33856. Системный анализ общества и исторического процесса 14.58 KB
  Философия была бы неполной и односторонней если бы она абстрагировалась от человека а значит и от общества ограничивая свои интересы исследованием ненаселенной людьми природы. Все это превращает системное философскосоциологическое осмысление общества и исторического процесса в абсолютно необходимую и притом органически составную часть философии. Сегодня ясно что без природы как базиса у общества нет будущего.
33857. ПРЕДМЕТ ФИЛОСОФИИ. Функции философии 14.86 KB
  ПРЕДМЕТ ФИЛОСОФИИ Философия от греч. Философия это наука о всеобщем она свободная и универсальная область человеческого знания постоянный поиск нового. Философия как система делится: на теорию познания; метафизику онтологию философскую антропологию космологию теологию философию существования; логику математику логистику; этику; философию права; эстетику и философию искусства; натурфилософию; философию истории и культуры; социальную и экономическую философию; религиозную философию; психологию. Философия включает в себя: учение...
33858. Соотношение философии с религией, искусством и наукой 14.64 KB
  Является ли философия наукой Первое. Философияв ней также есть систематичность доказательность проверяемость. Поскольку в философии ей уделяют первостепенное внимание то философия наука философиялюбовь к мудрости истине.
33859. СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ФИЛОСОФИИ 15.76 KB
  В дальнейшем происходит выделение из предфилософии и специализированного знания науки. Первые философы появились в VII VI веках до нашей эры значит история философии насчитывает более 2500 лет. Вопервых мир философии не следует рассматривать как хаотическую совокупность непространственных и вневременных случайно возникающих взглядов и идей.