Для САР (рис. 1) операторным методом получить выражение для переходной характеристики h(t). Построить переходный процесс в виде графика (25-30 точек), привести таблицы расчетов.
На основании полученного переходного процесса рассчитать вручную показатели качества САР:
hуст.расч – установившееся состояние;
σрасч – перерегулирование;
tp расч – время регулирования
v – степень устойчивости (абсолютная величина действительной части ближайшего мнимого корня).
Передаточные функции звеньев:
K1p=k11
K2p=k21p
K3p=k31T31p+1
K4p=k41T41p+1
K5p=k51
Рисунок 1 – Структурная схема САР
Вариант k11
k21
k31
k41
k51
T31
T41
18 4 0,45 1 2 1,5 1 0,25
Решение
1. Находим передаточную функцию Wp всей цепи.
Последовательное соединение датчика и регулятора:
W12p=K1pK2p
Участок с отрицательной обратной связью:
W35p=K3p1+K3pK5p
Передаточная функция разомкнутой цепи:
W15p=W12pW35pK4p=K1pK2pK3pK4p1+K3pK5p
И передаточная функция всей цепи:
Wp=W15p1+W15p=K1pK2pK3pK4p1+K3pK5p1+K1pK2pK3pK4p1+K3pK5p=
=K1pK2pK3pK4p1+K3pK5p+K1pK2pK3pK4p
Подставляя выражения для передаточных функций звеньев:
Wp=k11k21k31k41pT31p+1T41p+11+k31k51T31p+1+k11k21k31k41pT31p+1T41p+1=
=k11k21k31k41pT31p+1T41p+1+k31k51pT41p+1+k11k21k31k41
И подставляя данные варианта, окончательно имеем:
Wp=4∙0,45∙1∙2pp+10,25p+1+1∙1,5∙p0,25p+1+4∙0,45∙1∙2=
=3,60,25p3+1,625p2+2,5p+3,6=14,4p3+6,5p2+10p+14,4
2. Найдем операторным методом выражение для переходной характеристики h(t) – реакцию системы на единичный скачок.
Учитывая, что изображение единичного скачка есть:
L1t=1p
То изображение переходной характеристики примет вид:
Hp=Wpp=14,4p(p3+6,5p2+10p+14,4)
Чтобы найти оригинал переходной функции, воспользуемся обобщенной (третьей) теоремой разложения: в случае простых корней согласно второй теореме разложения оригинал можно определить по формуле:
ft=k=1k=nAkepkt=k=1k=nP(pk)Q'(pk)epkt
Один корень знаменателя очевиден: p1=0
. Остальные корни находим численно из уравнения:
p3+6,5p2+10p+14,4=0
Имеем:
p2=-5,09141
p3,4=-0,70429±1,52717i
Находим производную знаменателя:
p(p3+6,5p2+10p+14,4)'=4p3+19,5p2+20p+14,4
Вычисляем коэффициенты Ak:
A1=P(0)Q'(0)=14,414,4=1
A2=P(-5,09141)Q'(-5,09141)=14,4-109,86779≈-0,13107
A3=P(-0,70429+1,52717i)Q'(-0,70429+1,52717i)=14,4-17,1786-165609i≈-0,43447+0,41885i
A4=P(-0,70429-1,52717i)Q'(-0,70429-1,52717i)=14,4-17,1786+165609i≈-0,43447-0,41885i
Получаем оригинал переходной функции:
ft=1-0,13107e-5,09141-0,43447e-0,70429+1,52717it+e-0,70429-1,52717it+0,41885ie-0,70429+1,52717it-e-0,70429-1,52717it=
=1-0,13107e-5,09141-0,86894e-0,70429tcos1,52717t-0,83770e-0,70429tsin1,52717t
Строим переходный процесс