Файл: Основы авиационной автоматики учеб. пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 147

Скачиваний: 0

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

В таком

случае н а‘основании интеграла Дюамеля

для мно­

гомерных систем (6 .2 1 ) имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

=

I

 

 

 

 

 

 

 

Уі(( )

j [£н (* .'0*1 ( т ) + gin (*,

x)*ii

(x)]

dx =

 

*

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

j*

{ [ g n ( ^ > x) * n

(x) ~b

g n i ( £ > x)

* 2i (x )] X j

(x)-f-

 

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

gn (t,

x) * i2 (x) +

gin

(t,

x) *22 (x)] xl

(x)} dx.

 

Аналогично имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

У2( І ) =

j

{ [ g 2l ( A x ) * l l ( x) + '

g 2I l ( * ,

X) M

X)1 ^ l W

+

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

+

g 2i [І, x) b12(x) -1- g in ((, X ) b23(x)] * 2 (x)}

di.

 

P и c. 6.4. Схема моделирования нестационар­ ной системы второго порядка

Следовательно, искомые весовые функции равны:

gn (*. х) =

gn (t, х)

(х) +

gm it, х) b2l (х);

 

gia(*. x) =

gn(C х)* іг ( х) +

gm [t,

x)* 22 (x);

(6.25)

gai (t, x) =

g2i {t, x) *i 1 (x) +

g 2,i {t,

x) b2, (x);

 

g 22(A x) =

g>i(*. x)* i2 (x) +

gall (^

x)* 22(x)-

 

Из (6.25) следует, что функции gn (t, x) и£21(£, x) могут быть по­ лучены i-ia выходах модели, если на выходы интеграторов по­ дать начальные условия Ьп (х) и 62 1 (х), а функции g 12(C х) и

g 22(^> х) — если на выходы интеграторов подать начальные ус­ ловия &12 (х) И &22(х).

333


Заметим, что указанным способом весовые функции си­ стемы получаются как функции непрерывного переменного t и функции дискретного переменного т, так как, естественно, при моделировании можно задать, хотя и очень большое, однако, конечное число различных значений т.

Ясно, что описанный выше способ моделирования легко рас­ пространяется на случай системы п уравнений (6.1). При этом число интеграторов будет равно /г, а векторы весовых функ­ ций, являющиеся столбцами матрицы весовых функций

£ и (Л “0

 

ë l l ( t , *)

 

' S u n ( t , * ) '

ё іх (f, ’ )

)

£ a i( * . T)

1 * • ♦ »

§2m (t , *)

 

 

 

x).-

 

lë n 2 ( t , t)_

 

..ë n m it, *) _

будут получаться на выходах модели, если начальные условия на выходах интеграторов соответственно равны

" * u C 0 ~

b n W '

' A m W

'

t> 2 lW

)

b%2( T J

5 • ♦ •>

l>2m(z )

(6.27) _

J n l W

-

 

-

L w .

 

Таким образом, для получения всей матрицы весовых функ­ ций при одном значении т требуется m-кратное моделирова­ ние при начальных условиях (6.27).

§6.5. МЕТОД СОПРЯЖЕННЫХ СИСТЕМ

Внекоторых задачах статистической динамики линейных нестационарных систем возникает необходимость в вычислении

весовых функций g lk (t, т) как функций непрерывного перемен­

ного

X при фиксированном значении аргумента

t.

Это

бывает

в тех

случаях,

когда продолжительность работы

какой-либо

системы точно

известна заранее. Изложенный

в

§

6.4

метод

моделирования не дает такой возможности, поэтому требуется создать такую новую модель, чтобы, выходные ее сигналы бы­ ли равны функциям g(t, т) переменного т.

Пусть задана нестационарная система п-го порядка

yi{t) = an (t) уі (t) + . . . + ain(t)yn(t) + x L{t), i = \,ti. (6.28)

Требуется с помощью некоторой модели определить ее весо­ вые функции gik(iix) как функции переменного t при фикси­ рованном значении t.

3 3 4


Введем

понятие системы дифференциальных уравнений,

сопряженной к системе (6.28)

 

Фі (0 = -

а п (О Фі И) - а2і V ) ф2(()— . .

anl {t) фв(О;

Ф„(0 = —«ш(0Фі(if) —«2«(ÖФя(Ö—-•’- а яа\і)^п(і).

Так называют однородную линейную систему (6.29),- матри­ ца коэффициентов .которой является транспонированной по от­ ношению к матрице системы (6.28), и у всех коэффициентов изменен знак.

Докажем следующую лемму: Скалярное произведение

<?(*), ? (0 ) =

V iW M O + ^ ) 'M * ) + •

(6.30)

—>

—+

однородных систем

(6.28) и (6.29) есть

решений y(t) и

ф(^)

постоянная величина, не зависящая от t.

 

Доказательство вытекает из следующих элементарных вы­

кладок:

п

п

п

 

£< у(0, ФІО) -

^ 2 ^

(ОФДО- 1]л-(0Ф,- (О + 2

у,(0 ф,(0 =

 

/= 1

1 -1

 

і- 1

 

 

 

 

 

 

П

«А,-Ф*(0 =

 

2

 

Ф и о - 2

л

V

0 .

т=1 А*-1

 

/=1

 

'"Л- 1

 

 

 

Из леммы следует способ определения gik (t, х)

как функции

непрерывного аргументах. glk (f, х)

— это

весовая

функция,

имеющая место

на г-том .выходе при поступлении 8 -функции

на &-тый вход.

Другими словами,

і

— это номер

фазовой ко­

ординаты, а k — номер решения однородной системы диффе­

ренциальных уравнений

(6.28), отвечающего

начальным ус­

ловиям

 

 

 

' з'.аНГ

 

“0

-

Уи(х)

= £ 2 к (г>х) =

і

k-тог место

УпкЬ)~

-£nkix>*)-

 

В таком случае на основании леммы имеем

 

 

.. ,

*0 ФИО— const.

(6.31)

 

 

335


Положив t = i , находим величину этой постоянной

S g u V ’ Т)Ф/ (0 = S giki'f х)ФА) = Фй(х)-

1=1

ФА ) !

Если решение ф (х) = выбрать таким образом, чтобы

ІА Ы . «конечные» условия были равны

" Ф > V )

9

 

 

Ф(0 -

І

і'-тое место,

(6.32)

Фа

О

 

 

то получим

 

 

(6.33)

gik(t> ^) =* Ф* (т).

0 < т < ^

Итак, на k-том выходе сопряженной системы при выполнении

условия (6.32) мы получим весовую

функцию

g ik (t,

х)

как

функцию непрерывного аргумента

х.

 

k < п получим

На всех

выходах

сопряженной

системы 1 <

і-тую строку матрицы весовых функций

 

 

 

 

 

gi:1 ({>xh

gl» (t, X), . . .,

gtk (t,

x), . . .,

g in (t, x).

 

 

Изменяя i от 1 до n в условиях

(6.32),

получим

все

п

строк

искомой матрицы весовых функций.

 

 

 

 

 

Однако

моделировать систему

с заданными

конечными, а

не начальными условиями весьма затруднительно. С этой целью в сопряженной системе (6.34), которую мы запишем здесь, обоз­ начая независимую переменную через х

 

,

Фі(‘с) = - а іі(х)Фі(х) - • • • — я„і(х) ф„ (х);

(6-34)

 

, .......................• ...............................................

 

1

Ф » = “

а \п С О Ф і М

у -

• • • -

а пп ( х ) ф „ ( х ) ,

 

сделаем замену переменной х =

t

- о . В

таком случае

получаем

систему

 

 

 

 

 

 

 

 

d-L ^ L

= Дц(*—о)Фі(*-°Н

----М і,А - °)Ф ,А -

°);

ао

 

 

 

 

 

(6.35)

.............................................................................

 

 

 

 

 

 

^ 7

---- — =

—а) Ф. (t—1°Н-------

Vann{t-a)^n{t~ а).

оа

 

 

 

 

 

 

 

Конечные

условия

для системы

(6.34)

являются

начальными

для системы (6.35), та.к как при х = t переменная

а =

0.

336


Итак, если начальные условия при а = 0 для системы (6.35) имеют вид:

ГО

1 — г'-тое место,

0

то на ее выходах мы получаем t-тую строку весовой матрицы системы (6.28)

gn * — °)> gi2 (*>t — о),

. . .,

g.n { t , t - а).

Здесь уместно сделать следующее замечание. В силу того,

что di = — da, переменную а иногда

называют «отрицатель­

ным» временем и считают, что время

а

течет в обратную сто­

рону. Конечно, эти представления имеют формальное значение и никакого физического смысла не имеют.

Рассмотрим применение метода сопряженных систем на конкретном примере.

Пр и ме р . Составим схему моделирования прямой и сопря­ женной системы для нестационарной системы второго порядка

dt2

dt

+ a°{t)y(i) = b° [t) х

{і) + W

dt

(б-36)

От уравнения

(6.36)

сделаем переход

к

системе

(6.5),

обозна­

чив у lit) =y(t):

 

 

 

 

 

 

 

Уі (0 =

О У! (*) + і уа (0 + Яі (tj X (t) =

0 y j ( t ) + ]

y2

(t)

4- х г (t);

у2(^)=-а0(Ол(^)-аі(О>'2(О+92^ИО=—'Оо(^)Уі(0—аіЮл (0+

+ x i[t)'

В таком случае прямая схема 'Моделирования имеет вид

рис. 6.5.

Р и с. 6.5. Схема моделирования прямой системы

22. И зд. № 5312

337