Передаточные функции основных соединений звеньев
В системах автоматического управления звенья могут находиться в самых различных сочетаниях. Однако систему любой сложности всегда можно рассматривать как совокупность трех видов соединений элементарных звеньев: последовательного, параллельного и встречно-параллельного соединений (с обратной связью).
1. Последовательное соединение.
Последовательное соединение – это такое соединение звеньев, при котором выходная величина предыдущего звена является входной величиной последующего.
Для данного рисунка xвых1=хвх2, хвых2=хвх3
По определению ПФ:
Для каждого звена можем записать:
Учитывая, что xвых1=хвх2, хвых2=хвх3 исключаем из уравнений промежуточные переменные:
Отсюда, ПФ последовательных звеньев:
Вывод: передаточная функция группы последовательно соединенных звеньев равна произведению отдельных звеньев.
2. Параллельное соединение звеньев.
Параллельным называют соединение звеньев, при котором входные воздействия всех звеньев одинаковы, а их выходные сигналы алгебраически суммируются.
Для данного рисунка xвх1(p)=хвх2(p)=хвх3(p)=хвх(p)
xвых(p)=хвых1(p)+хвых2(p)+хвых3(p)
Для каждого звена можем записать:
откуда
Вывод: передаточная функция группы параллельно соединенных звеньев равна сумме отдельных звеньев.
3. Встречно-параллельное соединение звеньев с обратной связью.
Встречно-параллельным называется такое соединение звеньев, при котором выходная величина звена подается обратно на его вход через другое звено. Часто такое соединение называют соединением с обратной связью (ОС). При этом звено в прямой цепи называется звеном, охваченным обратной связью, а звено, стоящее в цепи обратной связи – звеном ОС. Сигнал с выхода звена ОС может складываться или вычитаться с входным сигналом. Соответственно, ОС называется положительной или отрицательной.
xвх1(p)=хвх(p)±хос(p)
Для каждого звена можем записать:
Нужно исключить переменные хвх1 и хос
Умножаем левую и правую часть на W1(p)
или
Частный случай: - единичная обратная связь.
Приведем систему с неединичной обратной связью к этому виду:
Типовые динамические звенья
При исследовании сложных технических объектов широко применяется принцип декомпозиции, то есть разбиения сложного на простые составляющие. В ТАУ широко используют разбиение сложных САУ на элементарные звенья – типовые звенья.
Типовыми называют звенья, динамика которых описывается дифференциальными уравнениями не выше 2-го порядка.
Для описания большинства реальных технических систем достаточно типовых звеньев:
1. Безинерционное-усилительное звено.
2. Интегрирующее звено.
3. Дифференцирующее звено.
4. Апериодическое звено 1-го порядка.
5. Инерционное звено 2-го порядка.
А) апериодическое звено 2-го порядка;
Б) колебательное звено 2-го порядка;
В) консервативное колебательное звено.
6. Звено запаздывания.
ФЧХ
ВЧХ
АЧХ
ДУ® ОФДУ® ПФ ®АФХ
ПХ
ФЧХ
МЧХ
АЧХ
Инерционное звено 2-го порядка.
ДУ:
Примеры:
другой вид: , ,
r - показатель колебательности.
ОФ:
ПФ:
Для анализа решения рассмотрим характеристическое уравнение:
а) r>1 D>0 – разные вещественные корни;
б) r=1 D=0 – одинаковые вещественные корни;
в) 0<r>1 D<0 – пара комплексно-сопряженных корней;
г) r=0
а) r>1
имеем пару вещественных корней, в этом случае характеристическое уравнение можно разложить на два многочлена:
В этом случае передаточную функцию звена 2-го порядка можно представить в виде произведений ПФ 1-х порядков.
ПХ:
б) r=1, T1=T2=T
ПХ: - при r>=1 имеем апериодическое звено 2-го порядка.
в) 0<r<1
ПХ:
a - показатель затухания колебаний.
Такое звено называется колебательным звеном 2-го порядка.
г) r=0
Имеем незатухающие колебания. Такое звено называется консервативным колебательным.
Частотные характеристики.
ВЧХ:
МЧХ:
АЧХ:
ФЧХ:
w | A(w) | j(w) |
®0 | k | 0 |
w=1/T | k/2rTw | -p/2 |
w®¥ | ®0 | -p |
r®0 A(w)®¥
Дата добавления: 2015-06-22; просмотров: 2091;