- •Гоу впо Кубанский государственный технологический университет
- •Пугачев в.И.
- •Рецензенты:
- •Isbn © Пугачев в.И., 2010
- •1.2 Основные элементы сау
- •1.4 Замкнутые и разомкнутые сау
- •1.5 Статика и динамика регулирования
- •3.2 Типовые звенья сау
- •Апериодическое звено
- •3.3 Основные законы регулирования
- •4.2 Алгебраический критерий устойчивости Гурвица
- •4.3 Частотный критерий устойчивости Михайлова
- •4.4 Критерий устойчивости Найквиста - Михайлова
- •4.5 Устойчивость сау с запаздыванием
- •5.3 Граница устойчивости и область устойчивости в плоскости одном и двух параметров
- •6.2 Интегральные оценки качества сау
- •7.2 Введение интеграла в закон регулирования
- •7.3 Создание инвариантных сау
- •7.4 Создание комбинированных сау
- •8 Цифровые системы управления
- •8.1 Способ управления с помощью эвм
- •8.2 Решетчатые функции и разностные уравнения
- •8.3 Дискретная передаточная функция
- •8.4 Получение оригинала по -преобразованию.
- •8.5 Цифровые аналоги типовых законов управления
- •8.6 Анализ цифровых систем управления
- •8.7 Анализ устойчивости цифровых систем.
- •9 Нелинейные системы
- •9.1 Основные типы нелинейностей
- •9.2 Устойчивость нелинейных систем
- •Общие положения об устойчивости нелинейных систем
- •9.3 Устойчивость релейных систем
8.2 Решетчатые функции и разностные уравнения
Решетчатой называется
функция, которую образуют ординаты
непрерывной функции
,
соответствующие дискретным равноотстоящим
друг от друга значениям независимой
переменной, рисунок 8.2. Она равна нулю,
когда
и обозначается
;
- период дискретности;
- любое целое число.

Рисунок 8.2 - Вид непрерывной и решетчатой функции
Для выявления
поведения непрерывной функции между
дискретными моментами вводят
промежуточное фиксированное время
,
которое может изменяться от
до
.
![]()
Такая функция называется смещенной.
Использовав
относительное время, решетчатую функцию
запишем
,
или
,
где
может изменяться в пределах от
до
.
Скорость изменения
решетчатой функции
характеризуется ее первой разностью:
.
(8.3)
Разность второго порядка, или вторая разность
,
или
.
Разность
-того порядка определяется выражением
,
(8.4)
где
- биномиальные коэффициенты.
При рассмотрении
цифровых систем используются разностные
уравнения, определяющие соотношения
между дискретной функцией
и ее разностями различных порядков
.
Их можно записать так:
,
или
,
где
- известная дискретная функция.
При воздействии на линейную часть прямоугольных импульсов, имеющих разрывы, интегрирование возможно проводить для линейных уравнений только в промежутках времени, где разрывы отсутствуют. Это связано с тем, что наличие разрывов приводит к изменению постоянных интегрирования, которые определяются два раза за период. Этот метод построения переходного процесса является слишком громоздким и возможен для конкретных цифровых расчетов, исключающих анализ и синтез в общем виде.
Применение разностных уравнений позволяет избежать указанных недостатков. Рассмотрим методику получения уравнений в конечных разностях.
Разностное уравнение характеризует связь между переменными, разделенными целым числом периодов. Для возможности проведения анализа всей системы необходимо иметь все уравнения динамики в одной форме (например, в виде разностных уравнений). Найдем уравнение объекта в виде разностного уравнения. Для этого решим дифференциальное уравнение объекта
(8.5)
Пусть
,
тогда
;
;
.
Постоянную
интегрирования
найдем из граничных условий в начале и
конце периода.
При

(8.6)
В итоге получили разностное уравнение (8.6).
При решении системы
разностных уравнений возникает
необходимость исключения промежуточных
переменных. Это удобно выполнять
оперативным методом. С этой целью каждую
переменную представим в виде
,
(8.7)
где k – смещение решетчатой функции.
.
В итоге получили алгебраическое уравнение.
8.3 Дискретная передаточная функция
Если динамическая система описывается дифференциальным уравнением, то его можно представить уравнением в конечных разностях вида:
.
Используя теорему
о смещении решетчатой функции в
-преобразовании
при нулевых начальных условиях получим:
.
Отношение
-преобразования
выходной величины к
-преобразованию
входной при нулевых начальных условиях
называется дискретной передаточной
функцией.
Для статических объектов коэффициент усиления можно найти используя теорему о конечном значении оригинала функции.
;
(8.8)
.
(8.9)
Для физической реализации алгоритмов вычисления значений решетчатой функции необходимо использовать левые разности, которые учитывают предыдущие а не последующие значения решетчатой функции при вычислении разностей.
;
.
В этом случае
передаточные функции будут полиномами
в отрицательных степенях. Если имеется
передаточная функция с полиномами,
имеющими
в положительной степени, то их легко
перевести в передаточные функции с
отрицательными степенями
.
Для этого необходимо умножить числитель
и знаменатель на
Поскольку
,
то в числителе не может оказаться
положительных степеней
.
.
(8.10)
Системы с астатизмом
содержат интегральную составляющую,
следовательно они имеют полюс при
.
.
(8.11)
Если на такую систему
действует входной сигнал
,
то установившаяся скорость изменения
выходного сигнала будет равна
.
(8.12)
Если система имеет
чистое запаздывание
,
,
то согласно теореме о сдвиге влево
соответствующая импульсная передаточная
функция
,
где
,
- период дискретности.
В итоге дискретная
передаточная функция принимает вид:
.
