Слайд 1Типовые звенья
Передаточная функция
Слайд 2Описание линейных систем
Дифференциальное уравнение наиболее общий инструмент описания системы связанных физических
элементов, образующих техническое устройство или объект, способной воспринимать внешнее воздействие x(t) и характеризуемую некоторой выходной величиной y(t), известным образом зависящей от воздействия x(t). Все остальные методы описания систем прямо или косвенно вытекают из дифференциального уравнения или опираются на него.
Слайд 3Математическая модель
Здесь x = x(t) задаваемое в текущем режиме или полностью
известное на всем временном интервале входное воздействие на систему, а y = y(t) – искомая реакция системы на воздействие. Коэффициенты уравнения определяются моделируемой системой.
Для однозначного решения должны быть заданы начальные условия: значения решения y(0) и его производной y’(0) по времени в начальный, например нулевой, момент времени. В физической системе эти значения определяются энергией, содержащейся в этот момент времени в элементах, способных ее накапливать, например, в электрических емкостях и индуктивностях, пружинах, подвижных массивных деталях и т.п.
Кроме того, должно быть задано и входное воздействие x(t). Входным воздействием может быть произвольный сигнал.
Известными считаются и коэффициенты, которые определяются составом и свойствами системы и, в свою очередь, характеризуют ее модель.
Слайд 4Операторный метод
Для рассматриваемого примера заменим в уравнении воздействие и отклик их
лапласовыми изображениями. Если начальные условия не нулевые, то изображения производных включают их явно.
Слайд 6Передаточная функция
Передаточной функцией звена W(S) называется отношение изображений Лапласа выходной и входной
величин при нулевых начальных условиях.
Слайд 7Классификация типовых звеньев линейных систем
Простейшие или фундаментальные звенья:
пропорциональное;
интегрирующее;
дифференцирующее.
Звенья первого порядка:
апериодическое (инерционное);
форсирующее;
другие.
Звенья
второго порядка:
колебательное;
апериодическое звено второго порядка (частный случай колебательного звена).
Звенья третьего порядка:
звено Вышнеградского;
другие звенья.
Звено запаздывания.
Слайд 8Задание
Для объекта, модель которого задана уравнением, записать передаточную функцию, определить её
нули и полюса.
Перейти от передаточной функции к модели ОУ в виде системы дифференциальных уравнений 1-го порядка.
Слайд 9Частотные характеристики
Если подать на вход системы с передаточной функцией W(p) гармонический сигнал, то
после завершения переходного процесса на выходе установится гармонические колебания с той же частотой, но иными амплитудой и фазой, зависящими от частоты возмущающего воздействия.
По ним можно судить о динамических свойствах системы. Зависимости, связывающие амплитуду и фазу выходного сигнала с частотой входного сигнала, называются частотными характеристиками (ЧХ). Анализ ЧХ системы с целью исследования ее динамических свойств называется частотным анализом.
Слайд 10
Зная передаточную функцию звена W(p) легко получить все его частотные характеристики.
Для этого необходимо подставить в нее jω вместо p, получим АФЧХ W(jω). Затем надо выразить из нее ВЧХ P(ω) и МЧХ Q(ω). После этого преобразуют АФЧХ в показательную форму и получают АЧХ A(ω) и ФЧХ φ(ω), а затем определяют выражение ЛАЧХ
L(w) = 20lgA(ω) (ЛФЧХ отличается от ФЧХ только масштабом оси абсцисс).
Слайд 11Пропорциональное звено
Пропорциональным называется звено, которое описывается уравнением
y = k u.
Передаточная функция:
W(p)
= k.
АФЧХ: W(jω) = k.
ВЧХ: P(ω) = k.
МЧХ: Q(ω) = 0.
АЧХ: A(ω) = k.
ФЧХ: φ(ω) = 0.
ЛАЧХ: L(ω) = 20lgk.
Слайд 12Интегрирующее звено
Передаточная функция: W(p) = k/p.
Рассмотрим частный случай, когда k =
1, то есть W(p) = 1/p.