- •В.И. Родионов
- •Теория автоматического управления Конспект лекций
- •Часть 1
- •Введение ……………………………………………………….……………….…5 в.1. Значение автоматического управления и задачи курса………….………5
- •Лекция 2
- •Основные понятия и определения тау
- •Функциональные элементы сау
- •Классификация систем автоматического
- •1.3. Примеры систем автоматического управления
- •2. Математическое описание сау
- •Вынужденное движение и собственные колебания системы. Переходный и установившийся режимы
- •2.3. Передаточные функции
- •2. Типовые звенья сау.
- •2.4. Переходная характеристика и весовая функция
- •Типовые звенья систем автоматического
- •2.6. Неустойчивые и неминимально–фазовые звенья
- •1. Структурные схемы сау.
- •3. Передаточные функции замкнутой и разомкнутой системы.
- •2.7. Структурные схемы сау
- •2.8. Составление и преобразование структурных схем сау
- •2.9. Передаточные функции замкнутой и разомкнутой
- •Установившиеся режимы
- •Точность сау в установившемся режиме.
- •Установившиеся ошибки следящих систем.
- •3.1. Точность сау в установившемся режиме
- •3.2. Установившиеся ошибки следящих систем
- •Частотные характеристики сау.
- •Частотные характеристики сау
- •Логарифмические амплитуднные и фазовые
- •3.5. Частотные характеристики типовых звеньев
- •3.6. Особенности частотных характеристик устойчивых
- •4. Устойчивость систем автоматического управления
- •Определение устойчивости по Ляпунову.
- •Критерий устойчивости Гурвица.
- •4.1. Общие понятия об устойчивости заданного режима
- •4.2. Определение устойчивости по а.М. Ляпунову
- •3. Критерий устойчивости гурвица
- •Таким образом, кроме положительности коэффициентов а30; а20; а10; а00
- •4.4. Критерий михайлова
- •4.5. Критерий найквиста
- •4.6. Суждение об устойчивости по лафчх
- •4.7. Выделение областей устойчивости
- •Суждение об устойчивости системы по ее линейной модели.
- •Суждение об устойчивости системы
- •5. Качество сау
- •5.1. Основные показатели качества
- •5.2. Методы построения переходных процессов
- •Преобразования Фурье имеют вид:
- •5.2.1 . Частотный метод анализа качества сау,
- •Приближенный метод построения кривой переходного процесса с помощью трапециидальных частотных
- •Лекция 14
- •5.3. Построение вещественной частотной характеристики замкнутой системы по частотным характеристикам
- •План лекции:
- •5.5. Косвенные оценки качества, связанные с распределением нулей и полюсов передаточной функции
- •5.7. Интегральные оценки качества
- •5.8. Косвенные оценки качества, связанные с видом
- •5.8.1. Анализ качества по ачх замкнутой системы
- •5.8.2. Оценка качества сау по логарифмическим частотным
- •Приближенная оценка вида переходного процесса
- •6. Динамический синтез сау
- •Методы коррекции динамических свойств сау.
- •6.1. Общие понятия синтеза сау
- •6.2. Этапы синтеза сау
- •6.3. Требования, предъявляемые к динамическим
- •Методы коррекции динамических свойств сау.
- •6.5. Методы коррекции динамических свойств системы,
- •6.5. Динамический синтез сау, основанный
- •Синтез последовательного корректирующего устройства.
- •Синтез параллельного корректирующего устройства.
- •6.6. Синтез последовательного корректирующего устройства
- •6.7. Синтез параллельного корректирующего устройства
- •7. Методы синтеза, основанные на теории
- •7.1. Уравнения системы в пространстве состояний
- •7.2. Коррекция системы в пространстве состояний
- •7.3. Прямой корневой метод синтеза
- •7.4. Прямой корневой метод синтеза сау
- •7.5. Прямой метод синтеза корректирующей обратной
- •Лекция 22
- •8.2. Основные вероятностные характеристики
- •8.2.1. Функция распределения и плотность вероятности
- •8.2.2. Математическое ожидание, дисперсия
- •8.3. Стационарные случайные процессы.
- •8.3.1. Стационарные случайные процессы
- •8.3.2. Эргодические случайные процессы
- •Спектральная плотность стационарного
- •8.5. Свойства корреляционных функций и спектральных плотностей стационарных эргодических
- •8.6. Статистические характеристики случайных
- •8.6.1. Белый шум
- •8.6.2. Корреляционная функция и спектральная плотность скорости изменения азимута
- •8.6.3. Спектральная плотность задающего воздействия системы наведения ракеты на цель
- •8.7. Экспериментальное определение корреляционных функций, спектральных плотностей и дисперсий
- •8.8. Прохождение случайных воздействий
- •8.8.1. Интегральное Уравнение связи
- •8.8.2. Спектральное уравнение связи
- •8.8.3. Определение динамических характеристик сау
- •8.9. Методы определения ошибок линейных сау,
- •8.9.1. Эквивалентное представление стационарного
- •8.9.2. Расчет флуктуационных ошибок и ошибок
- •8.9.3. Графоаналитический метод расчета
- •8.9.4. Оценка флуктуационных ошибок, обусловленных
- •8.9.5. Расчет дисперсии помехи с помощью
- •8.9.6. Вычисление среднеквадратической ошибки
8.8.2. Спектральное уравнение связи
между процессами на выходе и входе
линейных систем
Использование при расчетах соотношений, содержащих интеграл (8.56), неудобно в связи с необходимостью двойного интегрирования. Поэтому целесообразно перейти от соотношений между корреляционными функциями во временной области к соотношениям между спектральными плотностями в частотной области.
Для этого воспользуемся переходом к изображениям Фурье от корреляционных функций и импульсных переходных функций в формуле (8.56) и получим выражение, связывающее спектральные плотности стационарных входной и выходной величин. Переходя к изображениям Фурье в (8.56), получим
, (8.69)
где - передаточная функция (преобразование Лапласа от импульсной функции ), и — спектральные плотности входной и выходной величины.
В результате
. (8.70)
Это же выражение можно получить из формулы (8.32).
Реализация выходной величины
,
где — частотная характеристика системы.
Спектральная плотность сигнала на выходе системы в соответствии с выражением (8.32) имеет вид:
.
Так как
,
то окончательно получим
или
.
Следовательно, спектральная плотность случайной функции на выходе линейной системы равна произведению квадрата амплитудно-частотной характеристики этой системы на спектральную плотность случайной функции на входе.
Простота формулы (8.70 ) свидетельствует об удобстве спектрального метода исследования стационарных процессов. Из формул (8.44) и (8.70) следует, что дисперсия выходной величины в этом случае определяется по формуле:
. (8.71)
Рассмотрим процесс прохождения случайного сигнала через дифференцирующее и интегрирующее звенья.
Спектральная плотность случайного сигнала на выходе идеального дифференцирующего устройства (производной от входной величины) с передаточной функцией равна произведению спектральной плотности входной величины на :
,
т. е. дифференцирующее звено ослабляет сигналы низких частот и усиливает сигналы высоких частот. Если помехи содержат составляющие высоких частот, то ошибки системы могут быть существенно увеличены.
Соответственно спектральная плотность сигнала на выходе идеального интегрирующего звена с характеристикой равна:
.
Введение интегрирующего звена уменьшает амплитуды высокочастотных составляющих и увеличивает низкочастотные составляющие. Ошибки системы от воздействия помех, имеющих широкий спектр, при наличии интегрирующего звена уменьшаются.
В случае прохождения стационарного случайного сигнала через линейную систему иногда необходимо знать, как изменяется плотность вероятности. При стационарном нормальном сигнале на входе сигнал на выходе системы также будет нормальным.
Практически довольно часто «ширина» кривой спектральной плотности входного сигнала значительно превышает полосу пропускания системы. В этих случаях независимо от вида кривой плотности вероятности входного сигнала выходной сигнал будет иметь плотность вероятности, близкую к нормальной.
Это означает, что при прохождении стационарного случайного сигнала через узкополосную систему этот процесс нормализуется, т. е. приближается к нормальному.