Аппроксимация переходной функции решением дифференциального уравнения для системы без запаздывания.
При нанесении на вход объекта единичного скачкообразного возмущающего воздействия X(t)=1 получают график переходной функции Y(t)(рис. 5).
Передаточная функция объекта, представляющего собой, например, апериодическое звено I-го порядка, имеет вид:
W(P)=k/(T*P+1) (4.1.)
где T – постоянная времени объекта;
k=y( ) - коэффициент усиления;
y( ) - установившееся значение выходной величины.
Этой передаточной функции соответствует дифференциальное уравнение:
T* +y(t)=k*x(t) (4.2.)
решение которого может быть записано в виде
y(t)=k*x(t)*(1-e ) (4.3.)
Постоянная времени Т определяется из графика переходного процесса. Для этого надо провести касательную к кривой y(t) в начале координат; отрезок по оси времени от нуля до точки пересечения касательной и линии y=y( ) равен Т.
Постоянную времени Т можно определить также, учитывая, что y(T)=0.63*y( ). Для этого по графику переходного процесса находят значение t=T, при котором y(t)=0.63*y( ).
Аппроксимация переходной функции решением дифференциального уравнения для системы с запаздыванием.
Аппроксимирующая передаточная функция для системы первого порядка с запаздыванием имеет вид:
W(P)= (4.4.)
а решение линейного дифференциального уравнения первого порядка с запаздыванием будет
y(t)=0; 0 (4.5.)
y(t)=k*x(t)*(1- ); t
где Т - постоянная времени;
- время запаздывания;
К - коэффициент усиления.
Интерполяционный метод определения параметров Т и заключается в следующем. На нормированной кривой переходного процесса, у которой по оси ординат откладывают величину y(T)/y( ), выбирают две точки А и В (рис. 6.)
Желательно, чтобы точка А была расположена вблизи точки перегиба кривой, а ордината y(А) равнялась 0.8-0.9. Рассматривая точки А и В как интерполяционные узлы кривой, можно определить параметрами переходной функции:
(4.6.)
(4.7.)
Другой способ аппроксимации переходной функции, являющийся развитием метода Орманна, заключается в следующем. По нормированной кривой y(t) определяется время t7являющееся корнем уравнения
k*x(t)*(1- )=0.7
и время t , удовлетворяющее равенству y(t )=0.33.
Далее вычисляются время запаздывания :
(4.8.)
и постоянная времени Т:
(4.9.)
Для проверки полученных результатов сравнивают ординаты заданной переходной функции при t , с соответствующими значениями ординат аппроксимирующей кривой: h4 = 0,33; h8 = 0,55 и h20 = 0,87
Аппроксимация переходной функции решением дифференциального уравнения второго порядка.
Передаточная функция для объекта второго порядка записывается в виде
(4.10)
Переходная функция объекта может быть аппроксимирована решением линейного дифференциального уравнения второго порядка:
(4.11)
Так как время чистого запаздывания t и коэффициент усиления K определяются известными приемами по переходной функции, то далее будем рассматривать только нахождение постоянных времени T1 и T2.
Один из способов определения связан с графическими построениями. Исходная переходная функция нормируется путем деления ординат на величину
y(t)=y*(t)/y(Tуст) (4.12)
- нормированная функция;
- исходная функция;
Туст- время, при котором устанавливается постоянное значение .
На графике y(t) определяется точка перегиба w , через которую проводится касательная до пересечения с осью абсцисс и горизонтальной прямой y(Tуст) » K (рис. 7).
Точка перегиба кривой y(t) представляет собой точку, в которой производная dy(t)/dt имеет максимальное значение. Так как переходные функции реальных объектов часто не имеют явно выраженной точки перегиба, то определение ее координат можно осуществлять следующим образом.
В средней, наиболее быстро изменяющейся части графика y(t) берется несколько ординат y(tg) = yg g = 0, 1, 2, ..., q ; q обычно не более 6-7; tg - tg-1 = Dt=const и вычисляются первые разности g = 0, 1, 2, ..., q-1. Далее находится максимальная величина Dyg и соответствующее ей значение времени tw= tg - 0,5*Dt, а затем ордината yw.
Из графика y(t) непосредственно находятся значения T1, T2 и а. Затем из точки I пересечения касательной А с осью абсцисс восстанавливается перпендикуляр высотой g
(4.13)
Через точку 3 проводится прямая линия B, паралелльная касательной A, и находится время Tв. Предположив, что T2 < T1, вычисляют их значения из эмпирических соотношений
(4.14)
при a <= 0,05
(4.15)
T1= T 0 - Tв при a > 0,005
Дата добавления: 2016-01-18; просмотров: 2136;