•следнее же означает, что функция |
Ф(г) не имеет полюсов (не |
равна со) |
вне |
единичного круга. |
Необходимость |
доказана. |
Достаточность. Дано: Ф (г) не имеет полюсов вне единично |
го круга. Требуется доказать, что |
система |
устойчива. Будем |
предполагать, |
что |
Ф (z) |
является |
рациональной |
функцией и |
тем самым представляется в виде |
(гп < а): |
|
|
ф (г) = |
М |
" + ••• + |
?>(> |
/>я гм- " + - + |
^ г - " = |
|
|
ап2"Н-------h а0 |
|
----- +Ö 02“" |
|
|
|
= d0+ |
ѵч |
|
d, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i=i |
|
|
|
|
Ф (2 ) = со |
при |
|
z~l = |
z~\, |
т. е. при z — Zj. |
|
|
По условию дано, ч то |гг|< 1 . Вычислим весовые коэффици енты системы. Для этого функцию F(s)= <2>(г) |г=і_і разложим в степенной ряд
F |
— — |
----- = ^ o + S |
d, |
1 |
|
|
/=.1 |
1—s s, |
/ ft-0 |
Ч |
|
;=i |
Из последнего получаем величину весовых коэффициентов
=У — /г — 1, 2.........
/■=1
Ряд
|
Ѵ |
ц . і |
= Е |
А |
У |
|
|
и=0 |
|
(=і |
S: |
ft=0 |
|
|
|
|
1 |
|
|
со |
|
сходится, так как |
S, = |
1 и тем самым |
—V - <С |
|
> |
|
|
|
Z; |
|
|
I С И |
|
Рассмотрим в виде |
примеров устойчивость |
ft-О |
|
приведенных в |
предыдущем параграфе замкнутых систем. Для первой системы
u .T z~ 1 |
|
|
Ф (z) = --------------------- иполюс передаточной функции z t= 1 —ң-Т. |
1— (1 — pTJz“ 1 |
|
если \гл |<Д, т. е. |
Система будет устойчива лишь в том случае, |
— 1 < 4 — рР < Д . Из последнего |
неравенства |
следует условие |
устойчивости этой системы |
|
|
° 0 < |
у ■ |
|
Известңо, что интегрирующее звено, охваченное обратной связью, для непрерывных систем устойчиво при любых коэффи циентах усиления. В случае же аналогичной дискретной систе мы существует уже критический коэффициент усиления, превы шение которого ведет к неустойчивое™. В этом, в частности, проявляется недостаток дискретных систем по сравнению с не прерывными.
Для структурной |
схемы |
радиодальномера |
имеем Ф(г) = |
= ----- :— ----------- |
. |
Полюс |
этой передаточной |
функции |
равен |
1 + (р — 1) г -1 |
|
будет |
устойчива, |
если |
|І — р |< |
1, |
или |
2 j= 1 — IL. Система |
|
— 1 < 1 —fj. < 1. |
Из последних неравенств п |
следует |
условие |
устойчивости системы |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 < [ л < 2 . |
|
|
|
|
Для систем высокого порядка определение полюсов дискрет |
ной передаточной |
функции |
является |
затруднительным. |
Если |
1-(- р |
|
|
|
круга при |
этом |
положить г = -----—, то внешность единичного |
1 — Р
преобразовании перейдет в правую полуплоскость, а внутрен ность единичного круга — в левую полуплоскость. Проведя за
мену переменной z |
— — |
в передаточной функции |
Ф(г), к |
полученной функции |
~1— Р |
Рауса— |
Ф(р) |
можно применить критерий |
Гурвнца. Этот метод, естественно, освобождает от необходи мости вычислять полюса передаточной функции Ф(г).
Продемонстрируем этот метод на приведенных выше приме рах. В первом случае имеем
Ф(г] 1± р_ |
1 Л-Р |
= |
а ( 1 — р) |
|
i - р |
1 _ ( 1 _ а ) Ш Т |
( 2 - а ) р + а |
’ |
|
|
1 + Р |
|
|
|
где а = [I Т. Критерий Турвица для |
системы первого |
порядка |
состоит в том, что требуется положительность всех коэффици
ентов знаменателя, т. е. |
а = |
0; 2 — а = 2 — р.7 > 0. Отсю |
да и получаем уже |
известное |
нам |
условие |
устойчивости |
2 |
|
|
примера |
рекомендуется |
0 < р < ^ — . Вычисления для второго |
провести самостоятельно.
§ 7.10. УСТАНОВИВШИЕСЯ РЕЖИМЫ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
2 -преобразование E(z) дискретной |
последовательности сиг |
нала |
рассогласования UJ выражается |
зависимостью |
|
X( z) |
|
|
|
|
= 5(2)АЧг), |
|
где |
1 + W(z) |
|
|
|
1 |
|
|
|
5(г) = |
|
(7.50) |
|
1 + W { z ) |
|
S(z) |
|
|
|
является передаточной |
функцией |
ошибки. |
В дальнейшем |
нам |
будет удобно записать |
ее как функцию |
аргумента г-1: |
5(2) |
= 5*(2->). Будем предполагать, |
что замкнутая система |
является устойчивой. В таком случае 5* (г-1) не |
имеет полюсов |
в окрестности точки 2 = |
1 , следовательно, разлагается в бес |
конечный ряд Тейлора |
|
|
5(г) = 5 * (2 -і) = |
50*(1) + у5*П )(1)(г- |
1 - 1 ) + |
•со
+ ^ S'W (1) (z -‘ - 1,2 + • • • = X 5 , (1 - 2 -4* .
о
5 _ 5*(*)(1)(- І ) *
(7.51)
'/г!
Подставляя последнее в (7.50), получаем
Е (Z) = 50 * (г) + 5, (1 - 2 - 1) А' (г) + • • ■+ 5* (1 - г - :1)»X (2) +
На основании правила разности получаем
Iе*) =-М-**) + 5і (Лх*! + 52і д2**1 н—
или
|
|
4 = S0x s |
I |
+ |
I Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Учитывая, |
что ~ |
*k = 1^- Х ^ ^ \ |
, на |
отрезке Г(k — \)Т, Т] |
|
получаем |
|
Tk |
\ |
dtr /ср |
|
|
|
|
е* = |
$охк+ |
(S\T) х ср‘ |
(5272)хср + ■• • |
(7.52) |
|
|
|
Формула |
(7.52) |
и |
представляет |
собой |
основное |
соотношение |
для расчета установившегося режима. Как видно, она является аналогом соответствующей формулы с коэффициентами ошибок для непрерывных систем, так что коэффициенты 5 0, 5,7’, 5 27’2, ...
уместно также называть коэффициентами ошибок дискретных систем.
Рассмотрим пример. Требуется вычислить установившуюся ошибку системы (см. рис. 7.17), если на ее вход поступает сиг нал x(t) — at2. В данном случае имеем
|
|
1 - г - 1 |
|
|
1 —(1 - |
|
|
1 - 2 - 1 |
|
|
1 - 2 - 1 |
|
hT - H I - hT K I - z- 1 ) ■ |
Коэффициенты So, |
и |
будем вычислять не по формулам |
(7.51), что громоздко, а методом неопределенных коэффициен
тов. Приравнивая множители при равных степенях |
(1— z ' 1) |
|
|
(1 -2-') = [рГ+(l-^Xl-z-1)][5о+ ^(1 -Z-1) + |
|
|
+ *^г(*—z~1)2-)-•••], |
|
получаем |
|
р .7'6’0 |
= |
0 ; |
|
^ 5 , |
+ |
(1 ~V.T)S0 = 1; |
|
p 7 \ S 2 + ( I - p 7 ) S 3 = 0; |
р* |
|
|
Р |
Учитывая, что на k-том шагу среднее значение первой про-
а среднее значение |
второй производной |
постоянно и |
равно |
2 а, |
получаем |
|
|
|
|
|
k = |
— a(2k — 1) + |
г |
* 2а. |
|
|
Система называется |
астатичной г-того порядка, если |
первые |
ее |
г коэффициентов ошибок равны 0: |
|
|
|
|
|
|
|
|
( 7 . 5 3 ) |
Первые г коэффициентов будут равны 0, если передаточная функция S(z) содержит множителем (Г— г -1 )г или, что тож е самое, W(z) содержит знаменателем (1 —г -1 )г.
Если применен фиксатор, то W(z) = ( 1—z ~l ) WH(z). Следо
вательно, W a(z) должна содержать множителем |
— :--------- , |
|
( 1 _ г - 1 ) Г + 1 |
т. е. передаточная функция объекта должна |
иметь вид: |
Wo(Р )= ---- W(p). |
|
r> |
|
р |
|