1. Анализ устойчивости замкнутой системы 1.1 Анализ устойчивости системы по корням характеристического уравнения
Запишем передаточную функцию разомкнутой системы:
. (1)
Передаточная функция замкнутой системы имеет вид:
.
Характеристическое уравнение замкнутой системы:
(2)
Корни характеристического уравнения (2):
Характеристическое уравнение (2) имеет два правых корня, следовательно, данная замкнутая система неустойчива.
1.2 Анализ устойчивости системы по алгебраическому критерию
Для характеристического уравнения (2) замкнутой системы коэффициенты ai, i=0..3,
а0=0.00008,
a1=0.0078,
a2= – 0.03,
a3=48.
Необходимым условием устойчивости системы является:
ai>0, i=0..3
Данное условие не выполняется (a2<0), следовательно, замкнутая система неустойчива.
1.3 Анализ устойчивости системы по частотным критериям
а) Критерий Найквиста (на комплексной плоскости)
Используя передаточную функцию разомкнутой системы (1) запишем характеристическое уравнение разомкнутой системы:
. (3)
Найдем корни характеристического уравнения (3):
Характеристическое уравнение разомкнутой системы (3) имеет один правый корень, следовательно, разомкнутая система неустойчива.
Построим годограф Найквиста. Для этого определим частотную передаточную функцию разомкнутой системы и ее действительную и мнимую части.
(4)
(5)
(6)
Используя выражения (5) и (6), заполним таблицу:
Таблица 1.3.1
w
0 - - ∞
P
-48 0 - 0
Q
0 - 0 0
Построим годограф Найквиста (Рис. 1.3.1):
Рис. 1.3.1
Для случая, когда разомкнутая система неустойчива критерий Найквиста звучит следующим образом: для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы годограф Найквиста охватывал особую точку (; ) в положительном направлении на угол , где l – число правых корней характеристического уравнения разомкнутой системы.
Число правых корней характеристического уравнения разомкнутой системы (3) равно единице (l=1), полученный годограф не охватывает особую точку (-1, j0) на угол lπ=π (годограф охватывает особую точку в направлении по часовой стрелке), следовательно, критерий Найквиста не выполняется и система неустойчива.
б) Критерий Найквиста (на плоскости ЛЧХ) Построим ЛЧХ заданной системы, для этого определим расчетные выражения для L(w) и φ(w):
(7)
(8)
Для построения асимптотической ЛАЧХ найдем параметры:
ЛФЧХ системы также можно построить как геометрическую сумму ЛФЧХ отдельных звеньев системы.
Графики расчетных ЛЧХ, построенные по формулам (7) и (8) изображены на рисунке (1.3.2):
Рис. 1.3.2
wср(частота среза) – частота, соответствующая пересечению ЛАЧХ с осью lgw;
wкр(критическая частота) – частота, соответствующая пересечению ЛФЧХ уровня –π;
Система устойчива, если выполняется условие:
wср< wкр
Данное условие не выполняется, следовательно, система неустойчива. Аналогичный вывод можно сделать по асимптотической ЛАЧХ и ЛФЧХ системы, построенной как сумма отдельных звеньев, входящих в систему, изображенной на рисунке (1.3.3):
в) Критерий Михайлова Используя характеристическое уравнение замкнутой системы (2) введем функцию Михайлова:
, где
,
.
Для заданной системы функция Михайлова примет вид:
(9)
(10)
Графическое изображение функции Михайлова на комплексной плоскости при называется годографом Михайлова. ............
