Будем полагать, что процессы, проходящие в САР, описываются линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Таким образом, мы ограничимся рассмотрением линейных САР с постоянными параметрами, т.е. параметрами, не зависящими ни от времени, ни от состояния системы.
Пусть для динамической системы (см. рис.)
дифференциальное уравнение записано в операторной форме
(1)
где D(P) и M(P) – многочлены от P.
,
(2)
,
P – оператор дифференцирования;
x(t) – выходная координата системы;
g(t) – входное воздействие.
Преобразуем (1) по Лапласу, предположив нулевые начальные условия.
Введем обозначения
; ,
получим, учитывая, что
, (3)
где
(4)
Используем обозначение
, (5)
тогда уравнение (3) примет вид:
. (6)
Уравнение (6) связывает изображение Х (S) выходной координаты системы с изображением G(S) входного воздействия. Функция Ф(S) характеризует динамические свойства системы. Как следует из (4) и (5), эта функция не зависит от воздействия, приложенного к системе, а зависит лишь от параметров системы. Учитывая (6) функцию Ф(S) можно записать следующим образом
|
|
(7)
Функция Ф(S) называется передаточной функцией системы. Из (7) видно, что передаточная функция представляет собой отношение изображения по Лапласу входной координаты системы к изображению по Лапласу входного воздействия при нулевых начальных условиях.
Зная передаточную функцию системы Ф(S) определив изображение G(S) воздействия g(t), приложенного к системе можно найти по (6) изображение Х(S) выходной координаты системы х (t), затем, переходя от изображения Х(S) к оригиналу х(t) получить процесс изменения выходной координаты системы при приложении к этой системе входного воздействия.
Многочлен в знаменателе передаточной функции, называется характеристическим полиномом, а уравнение
D(S) =0 (8)
характеристическим уравнением.
Для системы, описываемой уравнением n-го порядка, характеристическое уравнение представляет собой алгебраическое уравнение n-ой степени и имеет n корней, S1 S2…Sn, среди которых могут быть как вещественные, так и комплексно – сопряженные.
Корень многочлена стоящего в знаменателе передаточной функции называются полюсами этой передаточной функции, а в числителе – нулями.
Представим многочлены в виде:
(9)
(10)
Поэтому передаточная функция
. (11)
Отсюда следует, что задание нулей и полюсов определяет передаточную функцию с точностью до постоянного множителя .
В том случае, когда вещественные части всех полюсов передаточной функции отрицательны, т.е.
, k=1,2…n,система называется устойчивой. В ней переходная составляющая выходной величины (собственного движения) с течением времени затухает.
|
|