9136

Составление уравнения системы

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Составление уравнения системы Классический способ составления уравнения системы Уравнение системы - это зависимость выходной (регулируемой) величины или ошибки (рассогласования) от команды и возмущающих воздействий...

Русский

2013-02-24

793 KB

10 чел.

Составление уравнения системы

Классический  способ  составления  уравнения  системы

Уравнение системы – это зависимость выходной (регулируемой) величины или ошибки (рассогласования) от команды и возмущающих воздействий.

Классический способ составления уравнения системы заключается в том, что ее разбивают на отдельные звенья и записывают уравнения звеньев и связей между ними. К связям относятся уравнения сумматоров и дополнительные уравнения, необходимые, скажем из-за  неудачных  (лишних) переменных при обозначениях.  Например, сигнал с выхода генератора поступает на вход двигателя. При рассмотрении генератора мы обозначили его выходное напряжение через . При рассмотрении двигателя по традиции обозначили его входную величину через . Поэтому для совместного рассмотрения в системе необходимо ввести уравнение связи , которое потребовалось бы, если бы в обоих случаях использовалось одно и тоже обозначение, например .

Классический способ громоздок, при преобразованиях и записях длинных выражений не исключены ошибки.  Составление уравнения системы можно упростить и формализовать, если воспользоваться теорией графов или структурным методом. В теории управления, как правило, применяется структурный метод, основу которого составляют правила преобразования структурных схем,

которые мы рассмотрим. Они довольно просты и элементарно выводятся. Прокомментируем основные правила, составляющие основу структурного метода.

Основы  структурного  метода

Различают три основных способа включения (соединения) звеньев: последовательно, параллельно и антипараллельно (обратная связь).

1. Последовательное (каскадное) включение (соединение) звеньев (рис.2.7.1а).

В случае любой схемы задача заключается в определении результирующей передаточной функции W, т.е. в замене схемы одним звеном (рис.2.7.2).

Метод решения заключается в том, что изображение выхода выражается через изображение входа. При этом используется определение передаточной функции. Так для схемы рис.2.7.1а имеем

                      .

Отсюда результирующая передаточная функция, как отношение изображения выхода к изображению входа равна

                                  .                                    (2.7.1)

Следовательно, при последовательном соединении передаточные функции перемножаются.

2. Параллельное включение звеньев (рис.2.7.1б).

В этом случае имеем , откуда

                                 ,                                  (2.7.2)

т.е. при параллельном включении передаточные функции складываются.

3. Антипараллельное включение (обратная связь). 

Обратная связь бывает двух видов (рис.2.7.1в) – положительная (верхний знак «+») и отрицательная (нижний знак «–»).

Используя определение передаточной функции, последовательно находим          . Теперь разделим переменные. Обратим внимание на то, что при переносе члена из правой части в левую часть равенства знаки меняются местами, так, что верхний знак «–» будет соответствовать положительной обратной связи, а нижний знак «+» – отрицательной:                   .

Отсюда следует результирующая передаточная функция

                                   .                            (2.7.3)

Согласно этой передаточной функции справедливо следующее правило. Если мы входим в замкнутый контур, то результирующая передаточная функция будет дробью, в числителе которой стоит передаточная функция прямой цепи передачи сигнала от входа к выходу (прямо по стрелкам). Знаменатель формируется как единица «–» в случае положительной обратной связи или «+» в случае отрицательной, и далее произведение передаточных функций по замкнутому контуру от входа после сумматора до выхода из него перед сумматором.

Пример 2.7.1. Записать изображение реакции для схемы, изображенной на    рис.2.7.3.

Так как система линейная и справедлив принцип суперпозиции (наложения), то найдем изображение реакции как сумму изображений реакций на отдельные сигналы

Придерживаясь сформулированного правила, получим

                           

 Пример 2.7.2. Записать изображение реакции для схемы рис.2.7.4.

В схеме имеется два параллельных соединения с результирующими передаточными функциями        ;    .

Пользуясь принципом суперпозиции  получим

                  .

     Здесь, когда мы заменили параллельные соединения результирующими передаточными функциями (пунктирные звенья – прямоугольники на рис.2.7.4), по замкнутому контуру, оказалось четное число инверсий сигнала, т.е. положительная обратная связь. Соответственно в знаменателях поставлен знак «–». Однако, несмотря на это, в схеме по существу отрицательная обратная связь и схема имеет смысл как система с регулированием по отклонению. Третья инверсия сигнала здесь завуалирована в передаточной функции .

Правила переноса точки схемы или суммирования используются для освобождения от перекрестных связей, что проиллюстрируем примером.

Пример 2.7.3. Составить результирующую передаточную функцию для схемы рис.2.7.5.

В схеме два замкнутых контура. Если заменить эквивалентным звеном левый контур, то потеряем вход 1 второго контура. Если сначала заменить эквивалентным звеном правый контур, то потеряем точку съема 2 первого контура. Связи 1, 2 называются перекрестными. Для освобождения от них перенесем точку съема 2 с входа на выход. На выходе 3 один и тот же сигнал . Для наглядности изобразим точку съема правее точки 3. Тогда правый контур оказывается внутри левого контура, и мы его можем заменить эквивалентным звеном с передаточной функцией    .

После этого запишем эквивалентную передаточную функцию всей схемы

                                           .

Теперь в случае необходимости можно по передаточной функции записать дифференциальное уравнение системы.

Пример 2.7.4. По структурной схеме системы стабилизации оборотов двигателя рис.1.2.4, считая  Мн = 0, составить уравнение для рассогласования (ошибки).

В системе неединичная отрицательная обратная связь, но между сигналом обратной связи  и регулируемой величиной пропорциональная связь (). Эти переменные отличаются масштабом. Характер переходных процессов одинаков и по любой из них мы найдем одно и тоже время регулирования  и динамическую ошибку . Поэтому заменим физическую регулируемую величину на , по отношению к которой система замкнута единичной отрицательной обратной связью. В этом случае рассогласование  является ошибкой, а передаточная функция разомкнутой системы равна     ,

или                            ,

где  – общий коэффициент усиления разомкнутой системы.

Теперь по правилу антипараллельного соединения имеем передаточную функцию замкнутой системы для ошибки и для выходной величины

.

Знаменатели этих передаточных функций представляют собой характеристический полином замкнутой системы и, естественно, совпадают. В случае необходимости можно записать дифференциальное уравнение для ошибки.

Правила преобразования структурных схем                                 Таблица 2.7.1

Правило

Исходная схема

Преобразованная

схема

1.

Перестановка

точек

суммирования

2.

Перестановка

точек съема

3.

Перенос точки

суммирования с входа на

выход звена

4.

Перенос точки

суммирования с выхода на вход звена

5.

Перенос точки

съема со входа

на выход звена

6.

Перенос точки

съема с выхода

на вход звена

7.

Последовательное

(каскадное)

соединение

8.

Параллельное

соединение

звеньев

9.

Единичная

обратная связь

10.

Неединичная

обратная связь


Рис.2.7.1.  Схемы включения звеньев. а – последовательное;

б – параллельное; в – антипараллельное (обратная связь)

Рис.2.7.2. Эквивалентная

схема

EMBED Visio.Drawing.11  

Рис.2.7.3. Схема

замкнутой системы

с командой x(t)

и возмущениями fi(t).

EMBED Visio.Drawing.11  

EMBED Visio.Drawing.11  

Рис.2.7.4. Схема замкнутой системы

с командой и помехами

EMBED Visio.Drawing.11  

Рис.2.7.5. Схема с перекрестными связями


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

46651. Статус української мови як державної 24.5 KB
  Українська мова в Україні має статус державної. Це закріплено у десятій статті Конституції України. Державна мова - мова, яка користується у конкретній державі законодавчим статусом обов'язкової для вживання в офіційних сферах життя. Державна мова обслуговує державні і суспільні органи, організації, заклади культури і освіти. Вона повинна побутувати у всіх сферах життя
46653. Declarative sentences 24.5 KB
  A declarative sentence contains a statement which gives the reader or the listener some information about various events, activities or attitudes, thoughts and feelings. Statements form the bulk of monological speech, and the greater part of conversation. A statement may be positive (affirmative) or negative, as in...
46654. Рак легкого. Классификация. Стадии процесса. Пути метастазирования. Современные принципы лечения 24.66 KB
  Различают две формы: центральный рак легкого исходящий из крупного или мелкого бронха и периферический рак развивающийся из самой ткани легкого. Различают центральный рак легкого растущий преимущественно внутри или перибронхиапьно 80 случаев; периферический рак; редко диагностируется медиастинальная форма милиарный узелковый карциноз и др. По гистологической структуре раки легкого чаще всего бывают плоскоклеточными хотя наблюдаются также железистые формы аденокарциномы резко анаплазированные мелкоклеточный рак...
46655. Становление и развитие экологического права. Проблемы дифференциации и интеграции в развитии экологического права 24.72 KB
  Лишь в 70е годы применительно к водам и в 80е применительно к атмосферному воздуху проблемы охраны окружающей среды от загрязнения стали оцениваться и регулироваться как экологические. В то время не законы а именно правительственные постановления определяли некоторые комплексные подходы к регулированию природопользования и охраны окружающей среды как единого объекта. В конце 80х годов ЦК КПСС и Правительство СССР осознавали что основными причинами резкого ухудшения состояния окружающей среды в стране являлись: слабое правовое...
46656. Договор международного факторинга 24.74 KB
  Договор международного факторинга это специфический по своему характеру вид факторинга. Преимущества субъектов международного факторинга Поставщик отгрузивший продукцию получает оплату за товар не дожидаясь оплаты покупателем что увеличивает объемы продаж и конкурентоспособность. Содержание договора международного факторинга ПРЕДМЕТ ДОГОВОРА Согласно ст.
46657. Международный кодекс рекламной практики 24.91 KB
  Реклама должна расцениваться прежде всего с точки зрения ее воздействия на покупателя причем следует обращать внимание каким видом СМИ она будет распространяться. Определения Для целей настоящего Кодекса: термин реклама должен употребляться в самом широком смысле включающем любую форму рекламы относительно изделий услуг и благ независимо от вида СМИ которое используется в том числе рекламные надписи и изображения на упаковках этикетках. А также любые надписи и изображения на самом товаре; термин товар включает изделия...
46658. Макроэкономическая нестабильность: инфляция 28.87 KB
  Главным показателем инфляции явлся темп инфляции процентное отношение разницы уровня цен текущего и базисного периода. П темп инфляции П = Р1Р0 Р0 100 По уровню темпа инфляции выделяют виды инфляции: Умеренная ползучая темп инфляции составляет до 10 в год; галопирующая выражается 2ух значными числами и считается серьезной экон проблемой; гиперинфляция измеряется в месяц и может составлять более 100 в год....