Влияние параметров системы на её устойчивость. Метод D-разбиения
Все приведённые критерии устойчивости дают возможность при заданных параметрах системы делать заключение о том, устойчива она или нет. С помощью этих критериев возможно проследить влияние некоторых параметров на устойчивость системы, определить предельные значения коэффициента усиления системы и времени запаздывания.
Для исследования влияния различных параметров системы на ее устойчивость разработаны специальные методы, позволяющие облегчить исследование.
Рассмотрение влияния параметров на устойчивость системы может производиться путём анализа числа корней характеристического уравнения, лежащих в правой полуплоскости, в пространстве параметров системы.
Этот метод получил название метода D-разбиения пространства параметров.
Пусть дано характеристическое уравнение n-й степени
При заданном значении коэффициентов уравнения в общем случае оно имеет m корней в правой полуплоскости, и, следовательно, корней в левой полуплоскости. При изменении коэффициентов уравнения корни его перемещаются в плоскости корней, описывая корневые годографы. При некотором значении коэффициентов один из корней попадает в начало координат или пара корней попадет на мнимую ось и поэтому значение этих коэффициентов удовлетворяет уравнению
(2.3.1)
Уравнению (2.3.1) в -мерном пространстве коэффициентов, по осям которого отложены a0, a2, ..., an-1, соответствует точка при данном значении ω и гиперповерхность — при изменении ω в пределах от до .
Если перемещаться в пространстве коэффициентов, т.е. если менять коэффициенты уравнения, то при некотором их значении мы пересечем гиперповерхность и, следовательно, пара (или один корень) будет переходить из правой (левой) полуплоскости корней в левую (правую) полуплоскость корней.
Рассмотрим более подробно случай, когда и характеристическое уравнение имеет вид
Каждому значению коэффициентов a0, a1 и a2 в трёхмерном пространстве коэффициентов (рисунок 2.3.1) соответствует точка. Этому значению коэффициентов уравнения соответствует определенное расположение корней уравнения в плоскости корней (рисунок 2.3.1,б). Точке М соответствуют корни m1, m2 и m3,точке N — корни n1, n2 и n3. При некоторых значениях коэффициентов один или пара корней окажутся на мнимой оси, т.е. корни будут иметь вид 0 или и, следовательно, соответствующая точка в пространстве коэффициентов будет удовлетворять уравнению
Рисунок 2.3.1 – Расположение корней характеристического уравнения
Этому уравнению при соответствует поверхность S, часть которой показана на рисунке 2.3.1, а. При изменении коэффициентов корни характеристического уравнения тоже изменяются и попадают на мнимую ось только тогда, когда точка в пространстве коэффициентов попадает на поверхность S. При пересечении точкой поверхности корни переходят из одной полуплоскости корней в другую. Отсюда следует, что поверхность S разделяет пространство коэффициентов на области, каждой точке которых соответствует характеристическое уравнение 3-й степени, имеющее определенное число корней в правой и левой части плоскости корней. Обозначим эти области через , где m — число корней уравнения в правой полуплоскости. Для уравнения 3-й степени можно наметить в пространстве коэффициентов четыре области: , , , . Последняя область является областью устойчивости. Такое разбиение пространства на области с различным значением m называется D-разбиением.
Для уравнений более высокой степени вместо обычного трехмерного пространства приходится рассматривать многомерное пространство и гиперповерхности, разбивающие это пространство на области.
Это значительно усложняет задачу, и рассмотрение теряет наглядность. Если изменяются не все коэффициенты, а часть их, например, два a1 и a2, а , то вместо поверхности получаем кривую, которая является сечением поверхности S плоскостью .
Переход через границу D-разбиения соответствует, как указывалось, переходу корней уравнения через мнимую ось. Поэтому уравнение границы D-разбиения, в соответствии с ранее сказанным, имеет вид уравнения (2.3.1) и, следовательно, может быть получено из характеристического уравнения заменой р на jω. По полученным в параметрической форме уравнениям можно построить границу D-разбиения, задаваясь значениями ω от до .
Аналогичным способом можно построить D-разбиение в пространстве не коэффициентов уравнения, а параметров системы, от которых зависят коэффициенты характеристического уравнения, например, в координатах T1, T2, k и т.д.
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 1735;