76424

Колебательное звено

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Колебания будут затухать с течением времени т. В автоматических системах различают свободные и вынужденные колебания. Вынужденные колебания выходной величины звена возникают из-за колебаний воздействия например при синусоидальном воздействии. Колебания переходной функции колебательного звена – это свободные колебания: воздействие на звено не периодическое а колебания возникают из-за собственных колебательных свойств звена.

Русский

2015-01-30

120.05 KB

11 чел.

Колебательное звено

Передаточная функция: ,

где К – статический коэффициент передачи [К=W(0)], Т – постоянная времени (единица измерения – секунды), μ – коэффициент демпфирования (безразмерная величина), находится в пределах 0<μ<1

Свойства колебательного звена зависят от значения полюсов его передаточной функции, т.е. от корней уравнения:

.

При 0<μ<1 получим два комплексно-сопряженных корня.

, где  ,    .

Уравнение звена:

 

Переходная функция колебательного звена описывается формулой:

Колебательный характер переходной функции определяется наличием в ней периодических функций синуса и косинуса. Колебания будут затухать с течением времени, т.к. множитель при этих функциях  уменьшается с увеличением времени и стремится к нулю при (t→∞).

В автоматических системах различают свободные и вынужденные колебания. Вынужденные колебания выходной величины звена возникают из-за колебаний воздействия (например, при синусоидальном воздействии). Колебания переходной функции колебательного звена – это свободные колебания: воздействие на звено не периодическое, а колебания возникают из-за собственных колебательных свойств звена.

 

Можно сделать следующие выводы о виде переходной функции:

1)      Установившееся значение переходной функции равно К:    

.

2)      Модуль мнимой части полюсов передаточной функции Ω представляет собой угловую частоту колебаний. Период колебаний равен 2π/ω.

3)      Модуль действительной части полюсов передаточной функции α определяет скорость затухания колебаний. Чем больше α, тем быстрее затухают колебания. При одной и той же постоянной времени Т колебания будут затухать тем быстрее, чем больше значение коэффициента демпфирования μ. 

 

Рассмотрим графики переходных функций колебательного звена при одних и тех же К и Т и разных коэффициентах демпфирования μ (0,7…0,1). Чем меньше μ тем выше амплитуда колебаний и больше время их затухания.

Амплитуда колебаний отсчитывается от уровня установившегося значения К. Отношение любых двух соседних полуволн колебаний всегда постоянно и равно:

.

Параметр λ называется декрементом затухания колебаний.

 

Рассмотрим вид переходной функции при граничных значениях коэффициента демпфирования μ=1 и μ=0.

При μ=1 мнимая часть полюсов обращается в ноль. Звено имеет два одинаковых действительных полюса. Это будет уже не колебательное звено, а апериодическое звено второго порядка. Переходная функция при μ=1 будет монотонной:

 

 

 

 

 

 При μ=0 получим звено, называемое консервативным. Передаточная функция консервативного звена:

.

При μ=0 действительная часть полюсов передаточной функции оказывается равной нулю:

, где .

Поскольку α=0, множитель е–αt в переходной функции превращается в единицу. Колебания переходной функции консервативного звена будут незатухающими и продолжаются (теоретически) бесконечно долго. Угловая частота этих колебаний равна (1/Т), период колебаний равен (2πT). Амплитуда колебаний будет постоянна и равна К. Декремент затухания: λ=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 ЛАЧХ и ЛФЧХ

Рассмотрим точные (не асимптотические) ЛАЧХ и ЛФЧХ при одних и тех же К и Т и разных коэффициентах демпфирования μ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 При μ<0.707 на ЛАЧХ появляется точка максимума (резонансный пик). С уменьшением μ высота резонансного пика возрастает и при μ=0 стремится к бесконечности (при μ=0 ЛАЧХ имеет разрыв). Частота, на которой находится точка максимума ЛАЧХ, называется резонансной частотой. Резонансная частота находится вблизи частоты 1/Т.

Колебательное звено будет усиливать гармоническое воздействие резонансной частоты с максимальным коэффициентом усиления.

Значение ЛФЧХ  находится в пределах 0…–π рад (0…–180˚). Все ЛФЧХ имеют общую точку φ = –90˚, ω=1/Т.

Рассмотрим способ построения ЛАЧХ колебательного звена. Асимптотическая ЛАЧХ состоит из двух асимптот с наклонами 0 и –40 дБ/дек и частотой сопряжения 1/Т. Однако, асимптотическая ЛАЧХ не учитывает наличие резонансного пика, и при малых значениях коэффициента демпфирования ее использовать нельзя. Чтобы построить точную ЛАЧХ в дополнение к двум асимптотам необходимо построить криволинейный участок ЛАЧХ в окрестности частоты (1/Т) это можно сделать по данным, приводимым в справочниках.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Примеры колебательных звеньев

 

Электрический четырехполюсник (RLC-фильтр)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Передаточная функция четырехполюсника:

 

 

 

 

 


Можно найти, что

.

Чтобы звено было колебательным (μ<1) необходимо соотношение параметров:   

Чтобы свободные колебания выходного напряжения не возникали (μ1) необходимо соотношение параметров:                                                                            

           Если удалить из схемы резистор и пренебречь учетом активного сопротивления всех проводников, то звено становится консервативным: W(p)=. Колебания выходного напряжения, один раз возникнув, уже не затухают (это идеальный случай, который невозможен на практике; нельзя совсем устранить сопротивление проводников).

 

Механическая колебательная система (пружина, груз, демпфер).

 

 

 Входная величина – перемещение конца пружины х, выходная величина – перемещение поршня y. В отличие от апериодического звена здесь появился груз массы m.

 

Передаточная функция такой системы:

 

 

 

 

 

 


Отсюда следует, что .

Звено будет колебательным (μ<1) при соотношении параметров:    .

Чтобы свободные колебания поршня не возникали (μ1)  необходимо соотношение параметров: .

Если пренебречь учетом массы (m=0), то звено становится апериодическим 1-го порядка: W(p)=.

Если пренебречь учетом трения в демпфере, то звено становится консервативным .

Колебания поршня, один раз возникнув, уже не затухают (это идеальный случай, который невозможен на практике; нельзя совсем устранить трение).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35663. Чернігівська кераміка. Особливості її форми та колориту 1.77 MB
  До побутових художніх керамічних виробів належать полив’яні глиняні яйця так звані писанки широко розповсюджені на Русі в тому числі і в Чернігові. У формах керамічних виробів того часу помітні прототипи форм і елементів декору гончарних виробів наступних віків горщик макітра миска. У формах керамічних виробів того часу помітні прототипи форм і елементів декору гончарних виробів наступних віків горщик макітра миска. Розпис ангобами в оздобленні глиняних виробів набув широкого розповсюдження в ХVІ–ХVІІ ст.
35664. Вишивка атласними стрічками. Картина Кошик з квітами 1.69 MB
  Його мета полягає в тому щоб з’ясувати якої вони думки щодо того якою повинна бути обрана мною картина. Аналіз об’єктіваналогів Ця картина приваблює мене своєю кольоровою гамою у поєднанні з ніжним віддтінком тканини. Ця картина приваблює мене своїми дрібними деталями тобто вони виконані францюзькими вузликами.
35665. Вязання крючком. Творчий проект 208.84 KB
  Відповідно до метиоб’єкту і предмету роботи були поставлені такі завдання: Проаналізувати та теоретично обґрунтувати особливості в’язання крючком. Висока якість виконання речей з могил коптів дозволяє вважати що техніка в'язання була відома набагато раніше. У 1867 році Вільям Фелкін висунув гіпотезу що в'язання було відоме ще за часів Троянської війни.
35666. Технологія пошиття повсякденної спідниці 64.07 KB
  Але де взяти нову спідницю щоб вона була не тільки модна але і подобалася б у всіх деталях добре сиділа на фігурі і була не дуже дорога Найкраще зшити її самої. Мета: Зшити спідницю. Завдання: 1 Навчитися шити спідницю 2 Ознайомитися з технологією пошиття спідниці 3 Зшити спідницю. Мистецтво шиття Для того щоб зшити спідницю потрібно виконати кілька етапів.
35667. Випалювання сови. Творчий проект 2.23 MB
  Випалювання сови Хід проектування У ході проектування свого виробу я повинен пройти такі етапи: І. Щоправда я вимушений був розчаруватись бо не мав спеціального пристрою для випалювання по дереву. І коли у школі задали домашнє завдання зробити якийнебудь виріб то одразу ж згадав про випалювання і прийшовши додому взявся за роботу. Серед багатьох художніх ремесел що з обробкою дерева окреме місце посідає декоративне випалювання.
35668. Вышитая открытка. Творческий проект 1.08 MB
  3 Минимаркетинговое исследование Проведя минимаркетинговое исследование направленное на выбор объекта проектирования выяснилось что 5 проголосовало за мягкую игрушку 15 за изготовление открытки техникой скрапбукинг а остальные проголосовали за изготовление вышитой открытки. По большому счету это были не совсем обычные открытки не представляющие большой культурной ценности. Кроме того в тоже время а именно к концу 19го века стали очень популярны фото открытки. Привнеся в европейскую традицию чтото свое отечественные...
35669. Театрализованные игры. Исследовательская работа 965.67 KB
  Что такое театрализованная игра. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ Игра. Что такое театрализованная игра. Он хочет играть играет всем и познаёт окружающий мир прежде всего и легче всего в игре игрой.
35670. Виготовлення спідниці. Творчий проект 586.77 KB
  Іспанія епохи Відродження була в той момент законодавцем мод і вводить в гардероб каркасний костюм. Спідниці шиються на спеціальному щільному чохлі з металевими або деревяними обручами різних розмірів. Вузька в талії, підігнана до корсета, спідниця розширюється донизу, облягаючи конусоподібний каркас (вертюгаден) без єдиної складкиитки 5 грн –1 моток 1 моток 5 грн Прикраси 3 грн –1 шт...
35671. Дерево з бісеру. Творчий проект 233.62 KB
  Виріб: Фіалкове дерево з бісеру 1.3 Після опитування яке стосується мого проекту я зробила висновок: Виконаний проект матиме свого споживача тому що вироби з бісеру – це завжди вишукано незвичайно і дуже гарно. Найбільша кількість кольорів бісеру була створена в Завхідній Європі в XIX ст.