Курсовая работа: Применение метода частотных круговых диаграмм
Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана
Курсовая работа по курсу “Нелинейные САУ”
на
тему:
Применение метода частотных круговых диаграмм к исследованию устойчивости систем с логическими алгоритмами управления.
Выполнил: ст-т гр. АК4-81
Смык В.Л.
Руководитель: профессор
Хабаров В.С.
Реутов 1997 г.
Применение метода частотных круговых диаграмм к исследованию устойчивости систем с логическими алгоритмами управления.
На ранней стадии развития теории автоматического регулирования требование устойчивости работы системы было первым и обычно единственным и содержание большинства теоретических исследований сводилось к иследованию устойчивости.
“Термин “устойчивость” настолько выразителен, что он сам за себя говорит”,-отмечают в начале изложения теории устойчивости Ж. Ла Салль и С. Лефшец [1]. Это вполне справедливо, но, несмотря на это, неточности и нелогичности можно встретить как раз не в математических, а в смысловых понятиях и терминах.
Устойчивостью любого явления в обиходе называю его способность достаточно длительно и с достаточной точностью сохронять те формы своего существования, при утрате которых явление перестает быть самим сабой. Однако не только в обиходе, но и в научной терминалогии устойчивым называют не явление, а систему, в корой оно наблюдается, хотя это не оправдывает логически. Устойчивы ли физические тела - шар или куб? Такой вопрос будет иметь смысл, если речь идет о материале, из которого они сделаны. (Металлический шар
устойчив, шар из дыма нет.) Теорию управления интересует, однако, не эта прочнасная устойчивость. Подразумевается, что система управления как инженерная конструкция заведома устойчива, и в теории изучается устойчивость не самой системы, а ее состояний и функционирования. В одной и той же системе одни состояния или движения могут быть устойчивыми, а другие не устойчивыми. Более того, одно и то же жвижение может быть устойчивым относительно одной переменной и неустойцивым относительно другой - это отмечал еще А.М. Ляпунов [2]. Вращение ротора турбины устойчиво по отношению к угловой скорости и неустойчиво относительно угла поворота вала. Движение ракеты устойчиво относительно траектории и неустойчиво по отношению к неподвижной системе координат. Поэтому нужно оговаривать, устойчивость какого состояния или движения в системе и относительно каких переменных изучается. Так же есть много методов для оценки самой устойчивости. Мы рассмотрим как можно оценить устойчивость системы с логическим алгоритмом управления методом круговых диаграмм.
Рассмотрим теоретическую часть и посмотрим что из себя представляет круговой критерий. Пусть дана система
.
x=Ax+bx, s=c’x, (1)
где x и s - в общем случае векторы (и, следовательно, b и с - прямоугольные
матрицы), а матрица А не имеет собственных значений на линейной оси. Предположим , что для некоторого m, 
система (1), дополненая соотношением x=-ms, асимптотически усойчива.
Для абсолютной экпоненциальной устойчивости системы (1) в классе М(
£ j(s,t)/s £
достаточно, чтобы при всех w, -¥<w<+¥, выполнялось соотношение
Re{[1+
w)][1+
Круговой критерий вытекает из квадратичного критерия для формы F(x,s)=(
F(jw,x)=-Re{[1+
Из этой формулы после сокращения на |x|
В (3) 
¹-¥ ,
Круговой критерий представляет собой распространение линейных частотных критериев устойчивости Найквиста, Михайлова и других на линейные системы с одним линейным или нелинейным, стационарным или нестационарным блоком. Он получается из (3), если вместо передаточной матрицы использовать частотную характеристику линейной части W(jw).
Обозначая комплексную переменную W(jw)=z, рассмотрим систему с одной нелинейностью, удовлетворяющей одному из следующих условий:
Re[(1+
z)(1+
)]£0, если
Re[(1+
z)z
Re[z(1+
z
Пусть С(
) - облость комплексной плоскости z, определяемая этими
условиями. Граница В(
) области определяемая уравнениями получаемыми из (4)-(6)
заменой знаков неравенств равенствами. Для (4) получаем окружность, проходящую через точки -1/
с центром на оси абсцисс, причем область С
будет внутренностью этой окружности, если 
>0, т.е. если нелинейные характеристики лежат в 1 и 3
квадрантах, и ее внешностью, если сектор (
) захватывает два смежных квадранта. Если одна из границ
сектора совпадает с осью абсцисс, т.е. если 
=0 или 
. На рисунке 1 показаны границы в плоскости z для
различного расположения секторов (
) в плоскости s, x. Там же изображены кривые W(jw), w>0 для неособого случая, расположенные так, что возможна абсолютная
устойчивость. Однако только приемлимого расположения хаоактеристик W(jw) еще недостаточно для суждения об абсолютной
устойчивости : кроме этого, нужно еще потребовать, чтобы линейная замкнутоя система была асимптотически устойчивой.
Круговой критерий обеспечивает также абсолютную устойчивость для системы с любым блоком, вход s и выход x которого удовлетворяют для всех t неравенству
(
s-x)(x-
Рисунок 1, а.
Рассмотрим систему, приведенную на рис. 2.
А Х Y
(P) Z
(-)
G(p)
g