- •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
1.8. Точность импульсных систем
Точность
замкнутой импульсной системы (рис. 1.3)
в дискретные моменты времени
определяется сигналом ошибки
(рассогласования)
,
который характеризует текущую ошибку.
Для оценки точности более удобно ввести,
как это сделано для непрерывных систем,
понятие установившейся ошибки
,
которая определяется для достаточно
больших моментов времени
после затухания переходной (свободной)
составляющей процессов и в отличие от
текущей ошибки часто является числом.
Итак, при вычислении
будем полагать, что
.
Изображение сигнала ошибки и изображение входа связаны соотношением
,
где передаточную функцию разомкнутой системы будем брать в форме (1.22)
.
Обычно
оценивается точность импульсной системы
на два вида воздействий: полиномиального
и гармонического
.
Частными
случаями полиномиального воздействия
являются единичная ступенчатая функция
(скачок по положению)
,
линейное воздействие (скачок по скорости)
и квадратичное воздействие (скачок по
ускорению)
.
В
теории
-преобразования
существует теорема о конечном значении
решетчатой функции (оригинала)![]()
.
Используя эту теорему, можно написать
, (1.57)
где
.
Рассмотрим
частные случаи. Пусть
,
,
тогда
и из (1.57) нетрудно получить
.
Т.к.
соответствует статической системе, то
такую ошибку называютстатической.
Пусть
,
,
тогда
и
из (1.57) получим
.
Такую ошибку будем называтьскоростной.
Нетрудно проверить, что в данном случае
статическая ошибка будет равно нулю.
Пусть
,
статическая и скоростная ошибки будут
равны нулю, появится ошибка по ускорению.
При этом все ошибки будут обратно
пропорциональны величине
.
Итак,
можно сделать вывод, который является
общим для импульсных систем: точность
системы тем выше (ошибки тем меньше),
чем выше порядок астатизма системы и
больше величина
.
Так как
прямо пропорциональна коэффициенту
усиления
линейной, непрерывной части системы
,
то увеличение
будет приводить к повышению точности
импульсной системы.
Точность
системы в установившихся режимах также
можно описывать по коэффициентам ошибок
,
,
…, которые имеют аналогичный непрерывным
системам смысл и определяются по
выражению
:
,
. (1.58)
В
частности для системы с астатизмом
го
порядка
![]()
.
Рассмотрим
анализ точность системы при воспроизведении
гармонического сигнала
,
амплитуду которого будем полагать
равной единице. Тогда в соответствии
с (1.43) в установившемся режиме на выходе
замкнутой системы сигнал будет иметь
вид
, (1.59)
а ошибка в установившемся режиме будет
, (1.60)
где
,
,
,
соответствующие
значения модулей и сдвигов фаз,
определенные по частотным характеристикам
,
.
Обычно в теории систем автоматического управления считают, что ошибки воспроизведения гармонического сигнала по фазе не имеют существенного влияния на работу САУ. Ошибки воспроизведения амплитуды из (1.59), (1.60) будут
,
. (1.61)
Обычно
,
однако в диапазоне низких частот при
малом
можно считать
.
Так
же как и для непрерывных систем, для
замкнутой импульсной системы можно
ввести понятие полосы пропускания: это
диапазон частот от 0 до
,
в котором ошибка воспроизведения
гармонического сигнала
не превышает заданной величины
,
т.е.
.
Так
как
,
а
,
то для определения
и
в (1.61) можно использовать АФЧХ разомкнутой
системы
.
Если
частота входной гармоники достаточно
низкая, то несложно показать, что при
![]()
для статических систем![]()
,
и
.
Для астатических систем
,
и
.
Таким
образом, на точность воспроизведения
гармонического сигнала влияет порядок
астатизма и коэффициент усиления
непрерывной части системы, входящей в
.
В заключение отметим, что все изложенное имеет смысл только для устойчивых систем.
Пример
1.9. Рассмотрим импульсную САУ из примеров
1.3 и 1.7. Передаточная функция непрерывной
части
,
а передаточная функция разомкнутой
импульсной системы
,
,
.
Рассмотрим случай когда
,
тогда
.
В примере 1.7 для
условие устойчивости будет
.
Найдем
и статическую ошибку
.
Из
условия устойчивости
следует, что при любом конечном
ошибку нельзя сделать меньше величины
.
Оценим ошибки в такой системе при гармоническом воздействии. Очевидно,
,
.
Примем
,
из условия устойчивости
выберем
,
тогда
.
Модули частотных характеристик будут
,
,
Пусть
,
,
тогда
,
.
В соответствии с (1.61)имеем
,
,
т.е. ошибки почти совпали. В процентном
отношении ошибка составляет 33%.
Пусть
,
из условия устойчивости
выбираем
,
тогда
.
При
,
ошибки в этом случае будут
,
,
т.е.
%.
