Идеальное интегрирующее звено

 

Динамика интегрирующего звена описывается дифференциальным уравнением

.

1. Переходная характеристика:

2. Импульсная переходная характеристика (или функция веса) имеет вид:

3. Передаточная функция идеального интегрирующего звена:

4. АФХ звена:

на комплексной плоскости изображается в виде прямой, совпадающей с мнимой осью.

5. АЧХ:

представляет собой гиперболу, которая при стремится к бесконечности. При увеличении частоты значения А(w) стремятся к нулю. Это свойство сближает интегрирующие звенья с инерционными.

6. ФЧХ идеального интегрирующего звена:

показывает, что сдвиг фаз, создаваемый звеном, на всех частотах одинаков и равен

-90⁰.

7. ЛАЧХ:

представляет собой прямую с наклоном –20дБ/декаду, проходящую через точку с координатами w=1, L(w)=20lgk.

Пример:

Идеальным интегрирующим звеном можно считать (с некоторыми допущениями) гидравлический исполнительный механизм, для которого входной и выходной величиной является количество жидкости Q (м³/с), поступающей в единицу времени в полость цилиндра, а выходной величиной – перемещение l (м) поршня со штоком. Действительно, если масса перемещающихся частей пренебрежимо мала и усилие, создаваемое давлением гидронасоса, существенно больше сил сопротивления, то перемещение поршня определяется уравнением баланса жидкости вида

,

где S – площадь поверхности жидкости (м²), а коэффициент k – выражением

.

Идеальных интегрирующих звеньев в реальных объектах практически не существует.

Реальное интегрирующее звено

 

Динамика процесса в таком звене описывается следующим уравнением:

,

где k – коэффициент усиления.

1. Переходная характеристика:

2. Импульсная переходная характеристика:

3. Передаточная функция реального интегрирующего звена:

Реальное интегрирующее звено представляет собой последовательное соединение идеального интегрирующего звена и апериодического.

4. АФХ:

5. АЧХ:

6. ФЧХ:

7. ЛАЧХ:

Структурная схема:

 

 

Примером может служить электродвигатель постоянного тока, в котором управляемая величина – поворот вала двигателя.

 

Изодромное интегрирующее звено

Динамика процесса описывается следующим уравнением:

,

здесь k и k₁ – коэффициенты усиления.

1. Переходная характеристика:

2. Импульсная переходная характеристика:

3. Передаточная функция:

4. АФХ:

5. АЧХ:

6. ФЧХ:

7. ЛАЧХ:

Структурная схема:

Примером изодромного интегрирующего звена может служить гидравлический демпфер, к поршню которого присоединена пружина.

Идеальное дифференцирующее звено

 

Динамика процесса в таком звене описывается уравнением:

1. Переходная характеристика:

2. Импульсная переходная характеристика:

 

3. Передаточная функция:

4. АФХ:

совпадает с положительной частью мнимой оси.

5. АЧХ:

показывает: чем больше частота входного сигнала, тем больше амплитуда выходного сигнала. Эта особенность дифференцирующих звеньев вытекает непосредственно из основного уравнения: чем быстрее изменяется во времени сигнал x(t), тем больше его производная в правой части и выходной сигнал y(t).

6. ФЧХ:

Сдвиг фаз, создаваемый идеальным дифференцирующим звеном, на всех частотах одинаков и равен

7. ЛАЧХ звена:

- прямая линия с наклоном +20 дБ/декаду, проходящая через точку с координатами

.

Структурная схема:

 

 

Примером дифференциального звена можно назвать тахогенератор постоянного тока.

Реальное дифференцирующее звено

 

Динамика дифференцирующего звена представлена уравнением

1. Переходная характеристика:

График меняется скачком.

2. Импульсная переходная характеристика:

3. Передаточная функция:

4. АФХ:

5. АЧХ:

6. ФЧХ:

7. ЛАЧХ:

Структурная схема:

 

 

Примером реального дифференцирующего звена является Rc – цепь.

Здесь x=U₁ – входная величина; y=U₂=U_R – выходная величина.

 

Звено чистого запаздывания

 

Звеном чистого запаздывания называется такое звено, выходная величина которого полностью повторяет входную величину, но со сдвигом во времени на величину t (время запаздывания).

Динамика процесса описывается уравнением:

,

где t - длительность запаздывания.

1. Переходная характеристика:

2. Импульсная переходная характеристика:

3. Передаточная функция звена:

4. АФХ:

представляет собой окружность с центром в начале координат и радиусом, равным единице.

5. АЧХ:

6. ФЧХ:

7. ЛАЧХ:

 

Структурная схема:

 

 

Структурные схемы САУ

 

Для оценки точности, устойчивости и качества управления замкнутых систем необходимо знать их уравнения статики и динамики. Уравнение динамики замкнутой системы можно получить на основе совокупности уравнений отдельных элементов, образующих систему, путем последовательного исключения промежуточных переменных. Наиболее удобным для решения этой задачи объединения математических моделей элементов является метод структурных преобразований, согласно которому по структуре схемы с помощью нескольких простых правил находят ее общую (эквивалентную) передаточную функцию, а затем – соответствующее уравнение динамики.

Структурные схемы САУ - это графическое изображение САУ, где динамика процессов представлена в операторной форме в виде передаточных функций.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: