Анализ качественных характеристик следящей системы

Три показателя качества следящей системы. Оценка качества работы следящей системы. Могут быть оценены: быстродействие и перерегулирование, определяющее запас устойчивости. Перерегулирование как относительная величина. Оценка быстродействия системы.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 21.01.2009
Размер файла 134,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

11

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра РТС

РЕФЕРАТ

На тему:

"Анализ качественных характеристик следящей системы"

МИНСК, 2008

Показатели качества следящей системы

Качество работы следящей системы оценивается следующими показателями качества: точности, запаса устойчивости и быстродействия.

По переходной характеристике могут быть оценены: быстродействие и перерегулирование, определяющее запас устойчивости.

Перерегулирование определяется как относительная величина максимального отклонения управляемой величины y(t) от установившегося значения в переходном процессе (рис.1):

.

Рис.1. Переходная характеристика.

Рекомендуемые значения перерегулирования составляют (10…30)%. Дополнительно к величине перерегулирования иногда задается число колебаний на длительности переходного процесса (от 1-2 до 3-4). По числу колебаний может быть качественно оценен запас устойчивости.

Быстродействие системы оценивается длительностью переходного процесса. Длительность переходного процесса - интервал времени от момента подачи на вход системы единичного сигнала, до момента, после которого выполняется неравенство (1).

; (1)

где .

; (2)

Рис.2. Амплитудно-частотная характеристика замкнутой системы.

К частотным показателям качества относятся: запас устойчивости по фазе и амплитуде и показатель колебательности. Показателем колебательности называют абсолютный максимум АЧХ замкнутой системы (рис.2), отнесенный к ее значению на нулевой частоте. Для систем, содержащих интегрирующие звенья, у которых Н(0) = 1, показателем колебательности является абсолютный максимум АЧХ (рис.2):

.

Рекомендуемые значения показателя колебательности - 1,1…1.5.

Анализ установившейся (динамической) ошибки

Оценка показателей качества следящей системы производится при следующих типовых воздействиях:

- линейное;

- квадратичное;

- полиномиальное.

Линейное воздействие имеет место, в частности, в системе слежения за задержкой при слежении за объектом, перемещающимся с постоянной радиальной скоростью, в системе ФАПЧ при постоянной частотной расстройке входного и опорного сигналов.

Квадратичное - при слежении за объектом, перемещающимся с ускорением, в системе ФАПЧ - при линейно изменяющейся частотной расстройке и т.д.

При проектировании систем возникает необходимость оценки ошибки слежения в установившемся режиме при полиноминальном входном воздействии, являющемся аппроксимацией реальных воздействий на ограниченном интервале времени. В зависимости от вида передаточной функции фильтра системы эта ошибка может иметь конечное значение или изменяться с течением времени.

Если ошибка имеет конечное установившееся значение, для ее оценки используют теорию преобразований Лапласа, в частности, теорему о предельном значении оригинала:

,

где ; - передаточная функция от воздействия к ошибке.

Если ошибка изменяется с течением времени, для ее расчета используется метод разложения ошибки по производным входного воздействия. Рассмотрим этот метод.

Величина может быть определена с помощью интеграла свертки:

. (3)

Передаточная функция связана с весовой функцией преобразованием Лапласа:

. (4)

Представим задающее воздействие степенным рядом с ограниченным числом членов:

. (5)

Подставив формулу (5) в (3), получим:

. (6)

Если (- длительность переходного процесса), то в этом случае и можно заменить верхний предел интегралов в (6) на бесконечность, поскольку увеличение предела не изменяет значения интеграла. Тогда (5.6) можно записать в виде:

, (7)

где - коэффициенты ошибки:

; ; ; .

- коэффициент ошибки по положению;

- коэффициент ошибки по скорости;

- коэффициент ошибки по ускорению;

- коэффициент ошибки по l-ой производной входного воздействия.

- ошибка по положению; - ошибка по скорости;

- ошибка по ускорению.

Нетрудно видеть, что

.

Понятие астатизма системы

С величиной коэффициентов ошибки связано понятие астатизма системы.

Порядок астатизма системы определяется индексом первого, отличного от нуля коэффициента ошибки. Если система обладает астатизмом 0-го порядка и называется статической, если ; - система обладает астатизмом 1-го порядка.

; ; - система с астатизмом 2-го порядка и т.д.

Астатические системы обладают следующим свойством: если на вход системы с астатизмом k-го порядка подается входное воздействие, описываемое полиномом k-ой степени, значение ошибки в установившемся режиме постоянно и не равно нулю.

Если порядок астатизма больше степени полинома, установившееся значение ошибки равно нулю (). Если порядок астатизма меньше степени полинома, определяющего задающее воздействие, ошибка изменяется с течением времени и в пределе будет равна бесконечности.

Порядок астатизма определяется числом интегрирующих звеньев в контуре следящей системы. Следовательно, для уменьшения ошибки необходимо увеличивать количество интегрирующих звеньев. Но это увеличение имеет ограничение, так как с увеличением числа звеньев ухудшается устойчивость системы (каждое интегрирующее звено вносит фазовый сдвиг, равный ). Поэтому для систем, имеющих порядок астатизма выше второго, для обеспечения устойчивости необходимо использовать специальные методы коррекции.

Порядок астатизма также зависит от точки приложения воздействия (рис.3).

Рис.3. К определению порядка астатизма системы.

Если астатизм определяется по отношению к воздействию , то его порядок определяется суммой интегрирующих звеньев в (s) и (s).

Относительно порядок астатизма определяется числом интегрирующих звеньев в (s) и не зависит от их числа в (s). Соответствующие передаточные функции, связывающие задающее воздействие и ошибку слежения, определяются выражениями

; .

Таким образом, порядок астатизма системы определяется числом интегрирующих звеньев, включенных в цепь обратной связи между точкой приложения воздействия и точкой измерения ошибки слежения.

Методы вычисления коэффициентов ошибки

Представим передаточную функцию в виде

. (8);

В разложении ошибки по производным входного воздействия

заменим операцию дифференцирования символом р, т.е. = p и вынесем формально общий множитель за скобки:

(9);

С другой стороны можно определить дифференциальным уравнением, записанным в сокращенной форме:

. (10)

Подставив (8) в (10), приравняем выражения (9) и (10) (5.11)

Приравняв слагаемые, имеющие одинаковые степени р в правой и левой частях (11), получим:

; ;

;

; .

На основании полученных выражений можно записать формулу для расчета коэффициентов ошибки:

. (12)

Коэффициенты ошибки могут быть также вычислены по формулам, составленным из коэффициентов полиномов числителя и знаменателя передаточной функции разомкнутой системы:

, (13)

где k - добротность системы; v - порядок астатизма.

Приведенные в табл.1 формулы получены по вышеизложенной методике подстановкой в выражение

передаточной функции разомкнутой системы в виде (13).

Динамические ошибки в следящих системах с астатизмом различного порядка

Для анализа используем обобщенную структурную схему (рис.4).

Рис.4. Обобщенная структурная схема следящей системы

В качестве фильтров используем пропорционально-интегрирующий фильтр (рис.5) с последовательно включенным интегратором:

(14)

и фильтр с двумя интеграторами, обеспечивающий системе астатизм второго порядка:

. (15)

Рис.5. Схема пропорционально-интегрирующего фильтра

(

Таблица.1

Значения коэффициентов ошибки

V

Расчетные формулы

0

1

0

2

0

0

Это достаточно распространенный тип фильтра (на ВЧ - делитель, на НЧ - интегрирующая цепь); звено обеспечивает запаздывание по фазе.

Второй фильтр - соединенные последовательно форсирующее звено и два интегратора.

Пусть задающее воздействие определяется выражением

,

а в качестве фильтра используем фильтр с передаточной функцией (14).

Величину установившейся ошибки определим по теореме о предельном значении оригинала

;

; (16)

- изображение входного воздействия определяем по таблицам.

Обозначим (добротность по скорости).

.

Таким образом, динамическая ошибка прямо пропорциональна скорости изменения задающего воздействия и обратно пропорциональна коэффициенту усиления разомкнутой системы.

Для ФАПЧ - значение расстройки номинальной частоты генератора и входного сигнала, следовательно,

.

Для нахождения можно использовать и другие методы.

Известно, что

.

В системе с астатизмом первого порядка ; ; .

Следовательно,

.

можно определить, используя передаточную функцию замкнутой системы (16):

.

Следовательно,

Используя передаточную функцию разомкнутой системы, можно также определить по табл.1.

С фильтром (15) система является астатической с астатизмом 2-го порядка и при линейном воздействии установившаяся ошибка равна нулю.

Пусть .

Определим величину установившейся ошибки, используя ее разложение по производным входного воздействия:

;

Поскольку ; ,

.

по табл.4.1. определяем и вычисляем

Таким образом,

,

где .

ЛИТЕРАТУРА

1. Коновалов. Г.Ф. Радиоавтоматика: Учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 2000.

2. Радиоавтоматика: Учеб. пособие для вузов. / Под ред.В.А. Бесекерского. - М.: Высш. шк., 2005.

3. . Первачев С. В Радиоавтоматика: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 2002.

4. Цифровые системы фазовой синхронизации / Под ред. М.И. Жодзишского - М.: Радио, 2000


Подобные документы

  • Получение уравнения следящей системы, ее передаточной функции. Исследование системы на устойчивость с помощью критериев Гурвица, Михайлова, Найквиста. Запас устойчивости, коэффициент передачи колебательного звена, замыкание по номограмме замыкания.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 19.09.2012

  • Расчёт критического коэффициента передачи замкнутой следящей системы. Метод Гаусса с выбором главного элемента. Определение переходной функции следящей системы и показателей качества. Вычисление интегральной квадратичной оценки по импульсной переходной.

    курсовая работа [253,1 K], добавлен 29.03.2012

  • Системы автоматического регулирования положения, функциональная связь элементов САР. Структурная схема следящей системы, управление перемещением. Определение передаточных функций. Построение логарифмических амплитудной и фазовой частотных характеристик.

    контрольная работа [230,0 K], добавлен 22.01.2015

  • Экспериментальная оценка точности и переходных процессов следящей системы. Оценка влияния корректирующих связей на динамики системы. Схема задатчика. Осциллограмма переходного процесса и сигнала ошибки. Показатели наиболее высокой относительной ошибки.

    лабораторная работа [525,5 K], добавлен 29.03.2015

  • Разработка следящей системы для воспроизведения траектории, которая заранее не задана. Составление функциональной и структурной схемы системы автоматического регулирования. Расчет параметров элементов САР. Исследование системы в переходных режимах.

    курсовая работа [877,3 K], добавлен 04.11.2010

  • Последовательная корректирующая цепь постоянного тока для следящей системы. Время переходного процесса. Моделирование работы автоматической системы с использованием пакета Simulink. Синтез последовательной корректирующей цепи. Вид задающего воздействия.

    реферат [254,6 K], добавлен 23.02.2012

  • Исследование электромеханической системы с наблюдателем. Реализация цифрового модального регулятора. Электромеханическая система управления руки робота. Структурная схема электромеханической следящей системы с свернутой структурной схемой двигателя.

    курсовая работа [2,1 M], добавлен 20.11.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.