Файл: Климов, В. А. Некоторые прикладные методы анализа и синтеза сложных автоматических систем с использованием ЦВМ.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 96

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

22

С учетом указанных значений корней разложение функции на простейшие сомножители записывается

Ф( Р ), _ l _

. _ /

■■■.-•(ш

0,0116р + 1

о, П05р + 1

0,666’Ю3рг+Ю,3>10~3р+ 1

Разложению ( I .I 3 ) соответствует следующая "условная" си­ стема уравнений

(0,666-10 У + /0,3- 10~3р + 1)х, =(0,368- 103p+49-WpH)f-,

 

(0,1205 +

1) x z = X t }

 

 

k l . I 4 )

 

(0,0116р +•

1) Л 3= х 2 .

х 1 ,

х г и

J

Используемые здесь

координаты

д;3 также соответ­

ствуют отдельным составляющим процесса.

Причем координата

есть одновременно координата

,

оцределяющая процесс в целом.

Крийые

и JCg не совпадают

в общем случае с

составляющими

( I . I I ) •

 

 

 

 

 

 

23

Для системы уравнений ( I * 14) использован выше термин

"условная". Этот термин применяется в данном случае в том смыс­

ле, что введенные з указанной системе промежуточные координа­

ты х , и х г , описывающие отдельные

составляющие процесса, и ис­

пользуемые в системе звенья не соответствуют в

общем случае

промежуточным координатам и

звеньям конкретных систем, для ко­

торых передаточная функция Ф(р)

имеет вид ( 1 . 7 ) .

 

 

 

По системе

уравнений ( I . I 4 )

 

могут быть построены процессы

для отдельных составляющих

(координаты х , , х г ш

х 3 )

и для

системы в целом (координата

х ) . Причем процесс

для системы

в

целом специально определять не нужно, так как

он'совпадает

с

процессом по координате

.

 

 

 

 

 

Для построения процесса по координате х , необходимо знать

закон изменения

величины f

.

В

данном случав

этот

закон со­

ответствует скачкообразному

воздействию ( 1 . 9 ) .

Кроме

того, не­

обходимо знать начальные условия для этой координаты. Эти на­ чальные условия могут быть определены по формулам перехода(62]

для случая скачкообразного входного воздействия.

Для построения процесса

по координатех г необходимо знать

закон изменения координаты

х 1 , т . е . построению указанного про­

цесса должно предшествовать

построение кривой х 1 . Кроме того,

необходимо знать начальные условия для координаты х-г . Эти на­

чальные условия могут быть определены по тем же формулам пере­

хода с той лишь разницей, что в данном случае за величину скач­

кообразного входного воздействия необходимо принимать началь­

ное

значение после скачка

( t = +0) координаты х 1 .

 

Построение

процесса

по координате

х 3 выполняется аналогич­

но

построению

процесса

по

координате

х г . Для этого построения

необходимо знать процесс по предыдущей координате х 2& началь­ ные условия для данной координаты х 3 . Начальные условия для

координаты х 3 определяются по

тем же

формулам перехода с уче­

том значения после скачка ( t

= + 0)

координаты х г.

Для построения процессов

по системе уравнений ( I . 14) можно

использовать различные методы, в том числе и графические. Из графических методов удобнее других следует считать метод Д.А.Башкирова [553. Для построения процессов могут использо­ ваться и аналоговые или цифровые вычислительные машины.

Для анализа результатов кривые процессов при их графическом изображении будем смещать по оси времени на расстояния, соот -


24

ветствунлцие постоянным времени звеньев, как это получается в

методе Д.А.Башкирова,

чНа рис Л . 8 , а представлены переходные процессы по всем ко­

ординатам систеш ( 1 Л 4 ) . По смыслу и протеканию пунктирной кривой и кривой на рис Л . 8 , б пояснения будут изложены ниже.

Проведем, наконец, приближенное построение переходного про­ цесса. Для такого построения необходимо предварительно осущест­ вить приближенное разложение передаточной функции Ф(р) на про­

стейшие сомножители. Получается приближенная передаточная функ­

ция

Фп(р), сомножители которой записываются непосредственно по

коэффициентам числителя и знаменателя функции ( 1 . 7 ) .

 

В этом параграфе не обосновывается возможность составле­

ния разложений

Фп ( р ) .

Это сделано в последующих параграфах.

Здесь указанные

разложения записываются без доказательств.

 

Для рассматриваемого примера (1 . 7 ) приближенное разложе­

ние Фп (р) имеет вид

,

 

 

U0

1

Р + /

Ьг

 

ФП(Р) = 7Г-

и !

 

 

 

( I . 15)

 

<Г,Р+1 а3Р + a-3 P + 1

Оз р + 1

С учетом численных значений (1 . 8 ) коэффициентов исходной пере­ даточной Функции (1 . 7) приближенное разложение ( I . I 5 ) записыва­ ется

 

25

 

 

7

8,79 • 1Q3p+1

91,9-Юр+1

Фп( р ) = /.

 

 

(I.I6)

0,003p+1 0,725- Ю~*рг+2,91-10~‘р+1

1,92-Ю']рЧ

Разложению СI-16) соответствует следующая "условная" система

уравнений:

 

 

 

(1,92-10~’р + 1) х { = (91,9 - 10~3р +1) f ;

 

 

(ft 72510 3рг+ 2,9110Zp + l ) x 2 - (8,791Q3p +7) х , -,

( I * 17)

(0,00 9 р + 1) х 3 = х г •

 

 

Используемый здесь

для системы уравнений ( I . I 7 )

термин

"условная" и введенные

координаты х г, х г и

х 3 имеют такой же

физический смысл, как и для системы ( I . I 4 ) .

Построение отдель­

ных составляющих цроцесса здесь осуществляется совершенно ана­ логично построению этих составляющих для системы уравнений

( I . 14) с использованием тех же формул перехода [62] для опре­ деления начальных условий и тех же приемов практического опре­ деления кривых.

На р и с . 1 . 9 , а сплошными линиями представлены переходные процессы по всем координатам системы (1 . Г 7) . Для понимания су­ ти разложения процесса на отдельные составляющие необходимо использовать также пунктирную 1фивую и кривую на р и с . 1 . 9 ,6 .

Пояснения по этим кривым будут изложены ниже. Штрих-цуяктир-

Рис.1 .9


26

ной линией на р и с . 1 . 9 , а показан точный процесс по выходной ко­ ординате х .

Далее будет рассмотрен второй пример. Для этого примера

методики разложения процессов на отдельные составляющие для всех приемов (операционный метод, точный и приближенный мето­ ды последовательного формирования отдельных составляющих) со­

храняются такими же, как и для первого примера. Поэтому для этого примера все пояснения опустим и запишем лишь конкретные

выражения передаточных функций и "условные" системы уравнений.

В порядке пояснения только заметим, что цри наличии в си­

стеме "условных" уравнений не только трех, но и большего числа промежуточных координат (отдельных составляющих процесса), по­

строение кривых для этих координат выполняется по одной и той же методике с учетом кривой для предыдущей координаты. Началь­ ное значение этой кривой используется для определения началь­ ных условий по рассматриваемой координате.

П р и м е р 2. Пусть передаточная функция системы по коор­ динате х для воздействия / имеет вид [3 l]

где

 

 

 

 

 

 

j 0=

I;

о„= Н 4 6 ,2 ;

Ь0=20;

 

 

сг,=

16,4;

а5 = 771,2;

 

й ,= 328;

 

 

аг= 10,4;

а е= 292,1;

 

Ьг - 2148;

 

 

ff3=

364,2;

 

 

 

 

 

Величина скачка

f ‘ в изменении воздействия

f пусть

будет

 

 

Г =

I

 

( 1. 20)

Значения корней

знаменателя

( I . I 8 ) с учетом

значений

коэф­

фициентов

( с м . I . I 9 )

оказываются следующими:

 

 

(1 . 22)


 

 

 

 

 

27

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

—0 3771

 

 

 

 

 

 

X j = 5 9 , S e

'

 

cos(0,4Z8t+),57)-;

 

 

 

 

 

 

~0,6Ьвб

 

 

 

(1.23)

 

 

x 2= - f,2 3 e

 

 

cos(3,74t-1,312);

 

 

 

 

 

-7.151

 

 

.

 

 

 

 

x 3 - 0,164e

 

COS (3,35t +0,732).

 

 

Значения корней.числителя функции

( I .18) с

учетом значений

коэффициентов ( см .1 .19)

оказываются следующими:

 

 

 

Л = °5

p2,5=~Q’ 716±i 9^ ^

 

P*,s = -0,102±j3,47.

 

(1.24)

С учетом

( I . 2 I )

и (1 . 24)

точное разложение

функции

( I . I 8 )

на простейшие

сомножители имеет

вид

 

 

 

 

Ф ( р ) = 7,85 (0,016р г+0,229р + 1)

(1,048-10 р+0,015р+ ))

 

 

(0,0693 рг + 0,09 р + 1)

 

 

 

 

 

 

(0,06316рг+0,0174 р + 1)

 

 

 

 

 

 

*

[3,08р2 + 2,32р + 1)

'

(1,25)

Разложению

(1 .2 5) соответствует

 

"условная" система уравнений

(3, 0врг + 2,32р+1)х,-(0,08316рг + 0,0174р +1) 7,85 f;

 

 

(0,0693рг+0,09р + 1)х 2=(0,0104врг+0,0150 р +1)х,; >

(1 .26)

(0,016p z + 0,229p + l) x 3 = p x z .

 

 

 

 

 

Приближенное разложение

Фп ( p) для рассматриваемого

примера

с учетом нулевого значения

й^смЛЛЭ)

записывается

 

 

 

 

 

Ь0

 

Ъ1

г

Ьг

Ь.

г

 

 

ав-

а,

 

й />* ’

 

 

 

- й р + р

.

(1 .27)

 

 

 

 

 

 

 

%-р + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

ТГр+1

° г Р ^ ~ Р ^ £ р г+%Р+1

 

 

 

СУ/ *

Cf^

 

 

 

 

 

ач

 

 

 

о 6'

 

 

С учетом конкретных значений

коэффициентов

( I . I 9 )

разложе­

ние (1 . 2 7 )

приобретает вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

0,192р+1

 

0,045р+0,295р + 1

 

 

§ П( Р ) = 75,5

 

 

 

 

0,0094р 2+0,3)8р + 1

 

 

 

 

0,0609р+1 0,)53р+1

 

 

 

 

х

0,319р г+р

 

 

 

 

 

(1.28)

 

 

 

3,9 2 р 2 + 2,64 р + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разложению (1 .28) соответствует следующая "условная" систе­

ма уравнений:

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

(3,92р + 2,64р + 1 ) х 1= ( 0,319р г + р )

f ;

1 (1 . 2 9 )

( 0 , 0 0 9 4 р г+ 0 ,3 1 в р + 1 ) х г = ( 0 , 0 4 5 р г+0,295р+1)х1\


28

(0,153 р + 1)зсэ = (0,1Э2р + 1) х г \

 

 

 

( I •29)

(о, 0609 р + 1) х ^

= х 3 .

 

На р и с . I . 10 -

I . I 2

представлен

графический материал по

разложению переходного

процесса на

отдельные составляющие все­

ми тремя

способами. Смысл представленных

кривых аналогичен

значению

соответствующих кривйх на р и с . 1

. 7 - 1 .9 .

X X

X

На основе рассмотренных примеров проведем анализ разложе­ ний переходных процессов различными методами с точки зрения простоты определения показателей качества процессов и систем

(минимума потребного для расчетов машинного времени). Такой анализ одновременно позволит раскрыть основную суть метода эффективных полюсов и нулей. Рассмотренные примеры соотве'тст-

29

хг

------ Ьсек

2Т. 0__ 1

2

3

5

6

7

 

 

 

 

Р и с.1.11

 

 

вуют, как отмечалось выше, скачкообразному изменению входных воздействий. Поэтому излагаемый ниже анализ будет соответствовать именно такому случаю.

Под показателями качества процессов для данного возмущения будем понимать ( р и с . I . 13 и I . I 4 ) длительность процессов t n ,

максимальное отклонение х maxt и другие экстремальные значения кривой х , , например x'maxJ ; параметры х тах^г ,; x'maXiZ , ха­

рактеризующие качество процессов по быстропротекающей состав­ ляющей x z (можно характеризовать это качество процессов и по

другим быстропротекающим составляющим; это будут,

например,па­

раметры х таХ'3 ,

£'тахз и т . д . ) ;

максимальная скорость изме­

нения координаты

x t~ х тах1 и максимальная скорость

изменения

быстропротекающей составляющей х , - £

(а также х

и

т . д . ) . Как видно,

вместо характерных параметров кривых для

оценки качества переходных процессов пока предлагается исполь­