Читайте также:
|
|
Обыкновенная линейная система автоматического управления описывается дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами
Для устойчивости системы необходимо, чтобы свободный процесс в ней был бы сходящимся. Свободные движения системыописываются левой частью исходного дифференциального уравнения и, следовательно, уравнение свободного процесса в системе
.
Характеристическое уравнение замкнутой системы при этом запишется как
.
Характеристическое уравнение системы получается приравниванием к нулю знаменателя передаточной функции замкнутой системы.
Общее решение обыкновенного линейного дифференциального уравнения, имеющего порядок n:
,
где Ai – постоянные интегрирования, pi – корни характеристического уравнения, n – число корней.
Корни характеристического уравнения могут быть как вещественными, так и комплексными (попарно сопряжёнными). Каждый комплексный корень порождает в решении уравнения слагаемое вида
,
где – начальная фаза, Аi – начальная амплитуда.
При решении характеристического уравнения системы возможны различные случаи, в зависимости от соотношения его коэффициентов (т.е. в зависимости от параметров системы).
1. Корни характеристического уравнения имеют отрицательные вещественные части. В этом случае для всех слагаемых
и, следовательно, свободный процесс затухает. Система устойчива, а графики переходного процесса показаны на рис. 76 (для каждого слагаемого).
На рис. 76а показан затухающий апериодический процесс, а на рис. 76б - затухающий колебательный процесс (пунктиром показана огибающая колебательного процесса). Апериодический процесс будет наблюдаться при чисто вещественном корне характеристического уравнения, колебательный – при комплексном корне.
2. Среди корней характеристического уравнения есть хотя бы один корень с положительной вещественной частью. В этом случае в общем решении дифференциального уравнения для свободного процесса появится слагаемое, стремящееся к бесконечности с увеличением времени:
и переходный процесс будет расходящимся (рис. 77). Графики показаны для одного слагаемого общего решения. Система в этом случае неустойчива.
3. Характеристическое уравнение имеет хотя бы одну пару комплексных корней с нулевой вещественной частью. В решении дифференциального уравнения появляется гармоническая составляющая
,
порождающая незатухающую гармоническую составляющую переходного процесса (рис. 78). При переходный процесс системы будет носить характер незатухающих колебаний. Принято считать, что в этом случае система находится на границе устойчивости. Этот случай представляет чисто теоретический интерес и в реальных системах не наблюдается.
Рассмотренные случаи позволяют сформулировать математическое условие устойчивости для системы автоматического управления. Система автоматического управления будет устойчива, если все вещественные корни характеристического уравнения системы отрицательны, а все комплексные корни имеют отрицательные вещественные части.
|
Поскольку корни характеристического уравнения определяются величиной и знаком коэффициентов дифференциального уравнения, то изменение коэффициентов, вследствие изменения параметров системы, может привести к нарушению условия устойчивости. Для исследования устойчивости системы автоматического управления необходимо проверить выполнение условия устойчивости для дифференциального уравнения системы. Система, для которой условие устойчивости выполняется, будет устойчивой (т.е. работоспособной).
Дата добавления: 2015-09-02; просмотров: 71 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Понятие устойчивости | | | Теоремы Ляпунова об устойчивости линейной системы |