872

Анализ свойств линейной непрерывной статической системы

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Расчет передаточной функции замкнутой системы по управлению. Исходная структурная схема (f=0). Элементарные правила преобразования структурных схем. Алгоритм преобразования для многоконтурных систем. Заменяем последовательное соединение в прямой цепи. Расчет передаточной функции по возмущению (U=0). Определение устойчивости замкнутой системы по теореме Ляпунова.

Русский

2013-01-06

376 KB

26 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДВРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ

Кафедра АВТ

Контрольная работа 

по дисциплине: теория автоматического управления

«Анализ свойств линейной непрерывной статической системы»

Выполнил:

студент группы АТПзс-10-1

Миргородский Д.М.

Проверил:

доцент, к.т.н.

Макарова Л.Н.

Тюмень 2012

Дано:

Структурная схема:

Элементарные звенья:

1) Дифференцирующее;

2) Апериодическое;

3) Пропорциональное;

4) Интегрирующее.

Значения параметров:

1) K1=10;

T1=0,1;

ξ1=0,4;

2) K2=5;

T2=0,4;

ξ2=0,2;

3) K3=12;

T3=0,2;

ξ3=0,2;

4) K4=8;

T4=0,01;

ξ4=0,1.

Значения параметров:

K=25;

a0=0,024;

a1=2,61;

a2=22,82;

a3=1.

Для заданной структурной схемы провести ее анализ, рассчитать передаточные функции по управлению и возмущению. Определить устойчивость замкнутой системы по управлению: по теореме Ляпунова, по критерию Гурвица и по критерию Найквиста.

Исходная структурная схема:

W1(p) – дифференцирующее звено:

W1(p) = T1p = 0,1p;

W2(p) – апериодическое звено:

W3(p) – пропорциональное звено:

W3(p) = K3 =12;

W4(p) – интегрирующее звено:

1 Анализ структурной схемы

Структурная схема состоит из элементарных звеньев.

Элементарное звено – линейная непрерывная система, имеющая своим описанием дифференциальное уравнение не выше второго порядка.

Поэтому данная система является линейной непрерывной детерминированной статической.

Вектор состояния X.

Система имеет два вектора воздействия:

U – управление;

f – возмущение.

Система является многоконтурной, так как после обрыва одной обратной связи, в ней остаются другие обратные связи.

Соединение называется соединением с обратной связью, если весь сигнал или его часть с выхода подается обратно на вход.

Обратная связь, охватывающая всю систему, называется глобальной.

Обратная связь, охватывающая часть элементов или один элемент системы, называется местной или локальной.

Так как имеется два воздействия и один выход, то передаточную функцию будем строить по управлению и по возмущению на основании принципа суперпозиции.

Принцип суперпозиции – реакция системы на сумму воздействий равна сумме реакций на каждое воздействие в отдельности.

2 Расчет передаточной функции замкнутой системы по управлению

2.1 Исходная структурная схема (f=0)

2.2 Элементарные правила преобразования структурных схем

1. Последовательное соединение звеньев – сигнал с предыдущего подается на последующий элемент.

U1(p) = U0(p)·W1(p)

X(p) = U1(p) ·W2(p) = U0(p) ·W2(p)·W1(p)

2. Параллельно – согласное соединение звеньев.

X(p) = X1(p) +X2(p)

X1(p) = U(p) ·W1(p)

X2(p) = U(p) ·W2(p)

X(p) = U(p) (W1(p)+ W2(p))

3. Параллельно – встречное соединение (соединение с обратной связью).

Последовательность элементов от входа до выхода называется прямой цепью.

Последовательность элементов от входа до обрыва обратной связи называется разомкнутой цепью.

Если в цепи обратной связи нет элементов, то ее называют единичной.

X1(p) = U0(p) –U1(p)

U1(p) = X(p) ·W2(p)

X(p) = X1(p) ·W1(p)

X(p) = U0(p) ·W1(p) – X(p) ·W1(p) ·W2(p)

X(p)(1+ W1(p) ·W2(p)) = U0(p) ·W1(p)

2.3 Алгоритм преобразования для многоконтурных систем

1) Избавиться от локальных обратных связей до тех пор, пока система не станет одноконтурной.

2) Применяя правила преобразований к одноконтурной системе рассчитать эквивалентную передаточную функцию.

2.4 Передаточная функция

Передаточная функция – отношение изображения выходного сигнала к изображению входного сигнала при нулевых начальных условиях.

2.5 Расчет передаточной функции

2.5.1 Преобразовываем локальную обратную связь и последовательное соединение

sys1 = tf([0.1 0],[1])

sys2 = tf([5],[0.4 1])

sys3 = tf([12],[1])

sys4 = tf([8],[1 0])

sys5 = feedback(sys1,sys4)

sys6 = series(sys2,sys3)

2.5.2  Заменяем последовательное соединение в прямой цепи

sys7 = series(sys5,sys6)

2.5.3 Передаточная функция замкнутой системы по управлению

sys8 = feedback(sys7,1)

3. Расчет передаточной функции по возмущению (U=0)

3.1 Исходная структурная схема (f=0)

3.2 Расчет передаточной функции

3.2.1 Преобразовываем локальную обратную связь

sys9 = feedback(sys1,sys4)

3.2.2  Заменяем последовательное соединение в прямой цепи

sys10 = series(sys2,sys3)

3.2.3 Передаточная функция замкнутой системы по возмущению

sys11 = feedback(sys10,sys9)

4 Определение устойчивости замкнутой системы (если задана передаточная функция разомкнутой системы)

4.1 Исходная структурная схема

4.2 Определение устойчивости замкнутой системы по теореме Ляпунова

4.2.1 Определение устойчивых, неустойчивых, безразлично –  устойчивых систем

Линейная система называется устойчивой, если после окончания воздействия она возвращается в исходное состояние с точностью до изменений.

Линейная система называется неустойчивой, если после окончания воздействия она как угодно далеко отклоняется от исходного состояния.

Линейная система называется безразлично – устойчивой, если после окончания воздействия она занимает некоторое установившееся положение, отличное от исходного.

4.2.2 Необходимый признак устойчивости

Линейная непрерывная система может быть устойчива, если все коэффициенты характеристического уравнения положительны.

Знаменатель передаточной функции называется характеристическим уравнением. Корни этого характеристического уравнения определяют решение линейного однородного дифференциального уравнения.

sys = tf([25],[0.024 2.61 22.82 1])

feedback(sys,1)

Система может быть устойчива.

4.2.3 Теорема Ляпунова

Для устойчивости линейной непрерывной системы необходимо и достаточно, чтобы корни характеристического уравнения имели отрицательные действительные части.

p=[0.024 2.61 22.82 26]

roots(p)

-99.2829

-8.1240

-1.3431

Система устойчива, так как все корни уравнения левые.

4.3 Устойчивость замкнутой системы по критерию Гурвица

Линейная непрерывная система устойчива, если все определители, построенные от верхнего левого угла положительны.

Считаем до определителя n–1 порядка. В нашем случае считаем до второго порядка: 3–1=2.

Система устойчива, так как все определители положительны.

5 Определение устойчивости замкнутой системы по критерию Найквиста

Критерий Найквиста – частотный критерий устойчивости, позволяет определять устойчивость замкнутой системы по графику АФЧХ разомкнутой системы.

5.1 Передаточная функция разомкнутой системы

Передаточную функцию разомкнутой системы можно определить как отношение изображений управляемой величины и ошибки при нулевых начальных значениях и возмущающих воздействиях, равных нулю.

5.2 Устойчивость разомкнутой системы (по теореме Ляпунова)

P=[0.024 2.61 22.82 1]

roots(p)

-99.1659

-9.5400

-0.0440

Система устойчива, так как все корни уравнения левые.

Если разомкнутая система устойчива, то для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы АФЧХ разомкнутой системы не охватывала точку (-1;j0).

5.3 АФЧХ разомкнутой системы

sys = tf([25],[0.024 2.61 22.82 1])

nyquist(sys)

Так как АФЧХ разомкнутой системы не охватывает точку (-1;j0), то замкнутая система устойчива.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25435. Клиент в системе социальной работы 13.52 KB
  одним из важнейших условий взаимодействия ср и клиента является восприятие последнего как неповторимой личности. полного знания о клиенте не может быть никогда но ср надо стремиться к тому чтобы получить те знания от клиента которые нужны ему для оказания помощи.Джонсон типы клиента: ищут помощи для себя просят помощи для другогодругих не ищут помощино тем или иными причинами угрожают жизнедеятельности другого чела ищут или используют помощь как средство для собственных целей ищут помощи но не для достойных целей Определение типа...
25436. Идеологическая подготовка масс к предстоящей войне 13.71 KB
  Воскресные номера газет за 22 июня 1941 г. 22 июня в 12 часов дня Центральное радио передало правительственное Заявление о вероломном нападении фашистской Германии на СССР. 22 июня ЦК ВКПб и правительство ввели военное положение на территориях Прибалтики Белоруссии Украины Молдавии и ряда областей РСФСР. 23 июня была объявлена мобилизация военнообязанных 19051918 гг.
25437. Проблематика советской журналистики периода Великой Отечественной войны 13.22 KB
  центральными оставались несколько тематических направлений: освещение военного положения страны и боевых действий Советской Армии; всесторонний показ героизма и мужества советских людей на фронте и в тылу у врага; тема единства фронта и тыла; характеристика военных действий Советской Армии на территориях европейских стран освобождаемых от фашистской оккупации и Германии. центральными оставались несколько тематических направлений: освещение военного положения страны и боевых действий Советской Армии; всесторонний показ героизма и мужества...
25438. Через неделю после начала войны 11.26 KB
  В условиях начавшейся войны советская журналистика была призвана показать коварные замыслы врага в отношении народов Советского Союза раскрыть его захватнические планы. Фронтовые газеты стали выходить с самого начала войны. На начальном этапе войны была предпринята попытка издания газет рассчитанных на разложение войск противника.
25440. Стереотипы поведения лояльного бюргера в Третьем рейхе 16.11 KB
  С этим было связано и характерное для идеологии фашизма подразделение на идеологию масс и идеологию элиты. Многие из фашистских идей рассчитанных на массовое потребление определяли мировоззрение и соответственно поведение представителей элиты. Она использует ее наиболее целесообразным путем для осуществления своих стремлений Для идеологии фашистской элиты был характерен аристократизм основанный на ницшеанском презрении к простому человеку к плебсу к больным и слабым. Для элиты расовая теория имела прежде всего социальный смысл ибо...
25441. Зарубежный опыт социальной работы с различными категориями населения 24.02 KB
  Зарубежный опыт социальной работы с различными категориями населения На рубеже 19 и 20 веков во многих европейских государства Великобритания Германия Нидерландах Швеции и Франции а также США возникла социальная работа как вид профессиональной деятельности которая развивалась наряду с благотворительными организациями. Социальные проблемы обусловливаются как индивидуальными так и общественными причинами. Одной из специфических форм такого предложения является социальная работа. Отличительной чертой системы социальной...
25442. Основные состовляющие системы социальной защиты в странах Европы 11.77 KB
  Европейская модель отличается от американской высокой степенью участия государства в определении направлений планирований финансирований и непосредственных проведений в жизнь социальной политики. Первые специализированные законы по социальной защите были приняты в 1936 году о защите ребенка об алкоголизме о бродяжничестве это был шаг к созданию структуры социальной защиты и предоставлению социальных услуг по целевым программам. В сферу социальной защиты входят: здравоохранение пенсии уход за престарелыми детские дома помощь...
25443. Модель социальной защиты 12.06 KB
  К моменту вторжения на советскую территорию в немецких войсках предназначенных к войне на Восточном фронте было сформировано 19 рот пропаганды и 6 взводов военных корреспондентов СС. Внутренняя структура министерства пропаганды постоянно менялась росло число отделов. Под контролем министерства пропаганды находилось все немецкое радиовещание.