- •Министерство образования и науки российской федерации
- •Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
- •Раздел 1. Линейный анализ технических систем
- •1.1 Введение
- •1.2 Линейный анализ системы управления
- •1.3 Исследование элементов линейной системы управления.
- •Примеры решения задач по определению передаточной функции.
- •Пакет Control Toolbox и его использование для расчета систем управления.
- •Ввод параметров моделей.
- •Характеристики программ для исследования передаточных функций.
- •1.4 Воздействия на технические системы. Ударное или импульсное воздействие.
- •1.5 Использование системы Mat lab для расчета характеристик технических систем
- •Исследование характеристик систем управления во временной области.
- •Характеристики переходного процесса.
- •Сравнение характеристик передаточных функций су.
- •1.6 Элементарные звенья су
- •Усилительное звено.
- •Форсирующее звено первого порядка.
- •Апериодическое звено.
- •Форсирующее звено второго порядка.
- •Колебательное звено.
- •Звено запаздывания и звено опережения
- •1.7 Соединение элементарных звеньев
- •Операции над передаточными функциями элементарных звеньев.
- •Передаточная функция при единичной обратной связи.
- •1.8 Устойчивость линейных динамических систем
- •Понятие об устойчивости движения. Классическое понятие устойчивости по Ляпунову.
- •Устойчивость при начальных отклонениях от начала равновесия динамической системы. Теорема Ляпунова.
- •Техническая интерпретация и практическое приложение.
- •Графическая интерпретация.
- •Устойчивость и управляемость автоматических систем.
- •Интерпретация для технических систем.
- •1.9 Статические и астатические системы
- •Определение статической системы:
- •Определение астатической системы:
- •Техническое приложение.
- •1.10 Исследование устойчивости динамической системы по значениям корней характеристического уравнения
- •Качественный и количественный анализ устойчивости динамической системы по значениям корней характеристического уравнения.
- •Характеристика длиннопериодического и короткопериодического движения.
- •Алгебраические критерии устойчивости Раусса и Гурвица.
- •Решение Гурвица.
- •Связь решений Раусса и Гурвица.
- •Практическое использование.
- •Статические и астатические системы передаточной функции по управлению, возмущению и ошибке.
- •Передаточные функции по управлению, возмущению и ошибке.
- •Астатическая система в случае замыкания единичной обратной связью.
- •2. Синтез линейных многоконтурных систем управления
- •2.1 Допущения и редукция задачи синтеза управления технической системы.
- •2.2 Желаемые передаточные функции. Требуемые статические и динамические характеристики.
- •2.3 Определение передаточной функции последовательного корректирующего звена.
- •Синтез астатических систем управления при использовании последовательного корректирующего устройства.
- •2.4 Выбор передаточной функции параллельного корректирующего звена.
- •2.5 Выбор параметров корректирующего звена в цепи обратной связи.
- •2.6 Коррекция технической системы звеньями в цепи прямой и обратной связи.
- •2.7 Методы наращивания устойчивых контуров.
- •Формирование контуров управления изолированной формой движения.
- •Особенности расчета траекторного контура.
- •3. Исследование систем управления с учетом нелинейных элементов
- •3.1 Исследование устойчивости технических систем, описываемых нелинейным ду.
- •3.2 Метод фазовой плоскости
- •3.3 Теорема Ляпунова об устойчивости нелинейных систем.
- •3.4 Линеаризация нелинейных динамических систем и анализ устойчивости по линеаризованным уравнениям.
- •3.5 Исследование устойчивости нелинейных динамических систем по линеаризованным моделям
- •3.6 Методы исследования устойчивости нелинейной системы по линеаризованным моделям.
- •3.7 Методы исследования нелинейных динамических систем и линеаризованных моделей.
- •3.8 Исследование передаточных функций линеаризованной модели нелинейной системы.
- •3.9 Типовые нелинейные характеристики технических систем.
- •3.10 Статические и динамические свойства нелинейного элемента.
- •3.11 Исследование устойчивости автоколебаний.
- •3.12 Метод Пуанкаре. Определение амплитуды и частоты автоколебаний.
- •3.13 Передаточная функция нелинейного элемента и определение амплитуды и величины автоколебаний методом гармонического баланса.
- •3.14 Устойчивость нелинейной системы при исчезающе-малых воздействиях. Критерий устойчивости Попова.
- •3.15 Устойчивость нелинейной системы при исчезающе малых воздействиях.
- •3.16 Устойчивость нелинейной системы с характеристикой заданного класса.
- •3.17 Устойчивость динамической системы с нелинейным элементом в цепи обратной связи.
- •3.18 Критерий устойчивости Попова для нелинейной системы общего вида.
- •4. Дискретные системы управления техническими системами.
- •4.1 Задача исследования систем цифровой системы управления.
- •4.2 Конечно-разностные алгоритмы и фундаментальные решения дифференциальных уравнений в бцвм
- •Конечно-разностный метод.
- •4.3 Статические и динамические характеристики системы управления.
- •Передаточные функции экстраполяторов.
- •Динамика и передаточные функции вычислительного устройства.
- •4.4 Передаточные функции дискретных систем управления и устойчивость технической системы с цифровыми управляющими устройствами.
- •Дискретные преобразования Лапласа.
- •Линейный автопилот запаздывания.
2.4 Выбор передаточной функции параллельного корректирующего звена.
При параллельном методе коррекции корректирующее звено выбирается по возможным вариантам цепи обратной связи.
Рассмотрим преобразование структурной схемы:
Условие, при котором обеспечивается устойчивость замкнутой динамической системы и динамическая система обладает желаемыми характеристиками.
Устойчивость замкнутой системы обеспечивается при следующих необходимых и достаточных условиях:
1) передаточная функция замкнутой системы с отрицательной единичной обратной связью должна быть устойчивой и не содержать корней с положительной вещественной частью.
Для устойчивости
замкнутой системы разомкнутая система
может
быть устойчивой, либо неустойчивой, но
для нее должны выполняться условия
Найквиста, устойчивого в замкнутом
состоянии.
2) передаточная функция второго элемента
должна обладать устойчивостью в разомкнутом состоянии и не содержать нулевых корней или корней с нулевой вещественной частью.
3) Потребуем чтобы
полоса пропускания разомкнутого первого
контура была больше, чем полоса пропускания
второго звена
В этом случае полоса пропускания всей системы не будет превышать полосу пропускания звена
Кроме этого в полосе пропускания неизменяемой части с корректирующим звеном справедливы следующие асимптотические неравенства:
если
2.5 Выбор параметров корректирующего звена в цепи обратной связи.
Рассмотрим передаточную функцию замкнутой системы для типовых корректирующих звеньев.
1) управляемость замкнутой системы характеризуется передаточным коэффициентом и чем он больше, тем лучше.
2) быстродействие
системы зависит от постоянной времени
и чем она меньше, тем лучше по быстродействию
переходный процесс.
Второй вариант коррекции предусматривает обратные связи по перемещению, скорости и ускорению:
При выборе параметров корректирующего звена в цепи обратной связи необходимо обосновать передаточную функцию корректирующего звена и алгоритм управления.
Следует выбрать соотношение между постоянной времени корректирующего звена и коэффициентом усиления.
На основе требований к характеристикам переходного процесса обосновывается форма корректирующего звена в первой или во второй степени.
2.6 Коррекция технической системы звеньями в цепи прямой и обратной связи.
При выборе корректирующего звена в цепи обратной связи необходимо обеспечить устойчивость по стандартным запасам амплитуды и фазы замкнутого контура с единичной обратной связью.
Проблема коррекции в цепи обратной связи определяется следующим фактором:
передаточная
функция разомкнутой системы
должна обладать требуемыми запасами
устойчивости и удовлетворять критерию
минимальной фазы.
Для решения данной проблемы используют смешанный вариант коррекции в цепи прямой и обратной связи.
В этом случае синтез автоматической системы выполняется последовательным решением двух задач:
1) синтез
корректирующего звена в цепи обратной
связи (
).
2) выбор
