- •В. П. Кузнецов, с. В. Лукьянец, м. А. Крупская теория автоматического управления
- •Часть 2 Дискретные системы, нелинейные системы, случайные процессы в системах автоматического управления
- •Isbn 978-985-488-070-9 (ч.2)
- •Isbn 978-985-488-048-8
- •Содержание
- •Предисловие
- •1. Дискретные системы автоматического управления
- •1.1.Основные понятия и классификация
- •1.2. Решетчатые функции, разностные уравнения и дискретное преобразование Лапласа
- •1.3. Описание разомкнутых импульсных систем
- •1.4. Частотные характеристики импульсных систем
- •1.5 Характеристики замкнутых импульсных систем
- •1.6. Процессы в импульсных системах
- •1.7. Устойчивость процессов в импульсных системах
- •1.8. Точность импульсных систем
- •1.9. Оценки качества импульсных систем
- •1.10.Условия эквивалентности импульсных и непрерывных сау
- •1.11. Элементы синтеза импульсных систем
- •1.12.Уравнения состояния линейных импульсных систем
- •1.13. Характеристики импульсных систем, описываемых уравнениями в пространстве состояний
- •1.14. Цифровые системы автоматического управления
- •1.15. Исследование цифровых систем автоматического управления
1.3. Описание разомкнутых импульсных систем
Структура разомкнутой импульсной системы приведена на рис. 1.4.

Рис. 1.4
Линейная
непрерывная часть системы характеризуется
передаточной функцией
,
а импульсный элемент законом модуляции
и постоянными значениями величин
и
.
Заметим, что сигналы
и
непрерывные, а
последовательность
прямоугольных импульсов, модулированных
по амплитуде.
Рассмотрим
получение разностного уравнения на
простейшем примере. Пусть
,
тогда
и
связаны дифференциальным уравнением
,
которое легко решается.
Обозначим
значение координаты
в произвольный момент времени квантования
через
,
тогда на интервале действия
-ого
импульса
и закон изменения выхода будет
,
. (1.12)
Найдем
закон изменения
на интервале паузы в
-ом
периоде, когда
.
Он будет иметь вид
.
(1.13)
Полагая
в (1.12)
,
найдем
,
подставим в (1.13) и после преобразований
будем иметь
,
. (1.14)
Положим
в (1.14)
и, обозначая
,
,
будем иметь
,
(1.15)
где
,
.
Итак,
связь
и
в дискретные моменты времени
описывается линейным разностным
уравнением первого порядка (частный
случай (1.6)), коэффициенты которого
и
определены через параметры ИЭ и ЛНЧ.
Аналогично,
можно получить разностное уравнение
при
,
т.е. для смещенных решетчатых функций
.
Применяя
к (1.15)
преобразование,
найдем для данного случая передаточную
функцию

,
. (1.16)
Для
простейших случаев передаточных функций
можно по этой методике получить
дискретные передаточные функции
разомкнутой системы. Ниже приведем
таблицу для трех вариантов передаточной
функции
.
Таблица 1.2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если
передаточная функция
имеет более высокий порядок, но может
быть представлена в виде суммы
передаточных функций
простейшего типа , то в этом случае
находя по табл. 1.2
,
можно получить общую передаточную
функцию разомкнутой системы
.
Рассмотрим другой способ получения передаточной функции разомкнутой системы, излагаемый практически в любом учебнике. Структура на рис. 1.4 может быть представлена в виде, изображенном на рис. 1.5, а.
![]()

![]()

![]()
Рис.1.5
На
рис. 1.5, а импульсный элемент
представлен в виде идеального
элемента (ИИЭ)
или ключа и формирующего
устройства
(ФУ). Ключ периодически замыкается с
периодом
и формирует последовательность импульсов
в виде
функций,
площадь которых равна
.
ФУ формирует последовательность
прямоугольных импульсов
,
амплитуда которых равна
.
По
определению
функция
описывается так:

.
Разумеется,
физически ИИЭ не существует, однако
такое математическое представление
ИЭ отражает физику процессов в исходной
структуре рис.1.3. Объединяя передаточные
функции
и
,
приходим к структуре рис.1.5, б, где
ЭЛНЧ –эквивалентная
линейная непрерывная часть
с передаточной функцией
.
В случае прямоугольных импульсов
имеет вид
, (1.17)
где
.
Если
,
,
то такое формирующее устройство называютфиксатором
или экстраполятором нулевого порядка.
Если
рассматривать
для
,
т.е.
и ввести изображения решетчатых функций
,
,
то связь входа и выхода в области
изображений будет
,
где передаточную функцию дискретной
разомкнутой системы можно определить
по выражению [6]
. (1.18)
Отметим,
что Z–преобразование применяется к
решетчатым функциям. Однако каждой
решетчатой функции
соответствует непрерывная
,
а ей некоторое изображение
.
Поэтому
будем понимать как символичную запись
.
Алгоритм
применения формулы (1.18) следующий. Если
имеет высокий порядок, то
представляют в виде суммы простейших
(табличных) слагаемых. Далее по таблицам
–преобразования
находят изображения каждого слагаемого
и суммируют их. В результате получают
изображение
.
Полагая в![]()
,
получают первое слагаемое в (1.18) и,
полагая
,
– второе.
Наиболее
часто используется случай фиксатора
нулевого порядка (
).
В этом случае формула (1.18) упрощается
и имеет вид
. (1.19)
В
наиболее общем случае передаточная
функция
может быть записана в виде
.
При этом всегда степень полинома
больше степени полинома
,
а
характеризует порядок астатизма. В
этом случае передаточная функция
импульсной системы будет иметь вид
, (1.20)
причем
степени полиномов
и
будут равны.
Для
импульсной системы понятие порядка
астатизма сохраняется, т.е. передаточная
функция (1.20) соответствует импульсной
системе с астатизмом
-го
порядка.
Пример
1.2. Найти передаточную функцию разомкнутой
импульсной системы, если
.
Представим
в виде суммы двух слагаемых
,
где
,
.
Воспользуемся табл. 1.2, тогда
,
.
Таким образом,
. (1.21)
Теперь воспользуемся формулой (1.18) и найдем
.
По таблицам Z–преобразования [6] (либо таблица 1.1) находим
,
.
Таким образом, имеем
,
откуда
находим
при
и
при
и подставляем их в (1.18). После преобразований
приходим к выражению (1.19). Как и следовало
ожидать, оба способа дали одинаковую
передаточную функцию, которую можно
записать и так
, (1.22)
где
,
,
,
,
а коэффициенты
и
определены выше.
Если
в приведенных выражениях положить
,
то получим передаточную функцию для
случая, когда ФУ является фиксатором
нулевого порядка.



