Теперь рассмотрим частотный способ определения параметров автоколебаний. Для этого запишем частотную передаточную функцию разомкнутой системы
. (32)
Согласно критерию Найквиста в замкнутой
системе возникнут колебания, если амплитудно-фазовая частотная характеристика
разомкнутой системы пройдет через точку (-1,
j0). Эти колебания будут устойчивыми, если при возрастании амплитуды на
АФЧХ не будет охватывать точку (-1,
j0), при этом колебания затухают и при
АФЧХ
будет охватывать точку (-1, j0), при этом колебания расходятся.
Решим задачу примера1, определив параметры автоколебаний частотным способом. Запишем частотную передаточную функцию разомкнутой системы
.
АФЧХ разомкнутой системы проходит через точку с координатами
(-1, j0) при амплитуде в. Увеличенный фрагмент АФЧХ показан
на Рис.15.
Рис.15.
Частота колебаний определялась из условий
,
.
Для значений частот
,
были получены
следующие значения
Откуда . Таким образом, результаты расчетов,
выполненные двумя разными способами, практически совпадают. Давая различные по
знаку приращения
нетрудно показать, что
полученные колебания устойчивые.
Возможен несколько иной подход к определению периодического решения. Запишем условие возникновения колебаний
,
(33)
или
.
(34)
Уравнение (34), позволяющее определить
параметры колебаний в исследуемой системе решается графически. На комплексной
плоскости строятся АФЧХ линейной части и
обратная АФЧХ линеаризованной нелинейности с отрицательным знаком. Точка
пересечения этих характеристик и определяет искомые частоту
и амплитуду
колебаний.
Полученное периодическое
решение необходимо исследовать на устойчивость. В замкнутой системе возникнут
колебания, если амплитудно-фазовая частотная характеристика разомкнутой системы
пройдет через точку (-1, j0). Эти
колебания будут устойчивыми, если при
АФЧХ
не будет охватывать точку (-1, j0) - колебания затухают, а при
АФЧХ будет охватывать точку (-1, j0)
- колебания расходятся.
Таким образом в точке (-1, j0)
при должно выполняться условие
,
или
.
(35)
Из этого условия следует, что для
устойчивости колебаний при увеличении кривая
должно пересекать кривую
изнутри вовне.
Определим параметры автоколебаний в системе Рис.4, если нелинейный элемент представляет собой чувствительный элемент, имеющий релейную характеристику с зоной нечувствительности и гистерезисом. Линейная часть осталась такой же, как и в примере 1.
Запишем коэффициенты гармонической линеаризации
,
.
В рассматриваемом случае уравнение (34) примет вид
.
Расчеты проводились при 1/сек,
сек,
сек,
в,
в и
.
На Рис.15 и Рис. 16 показаны фрагменты АФЧХ линейной части и отрицательной
обратной АФЧХ нелинейной части в разном масштабе. Необходимо отметить, что
характеристика нелинейной части образует петлю и дважды пересекается с
характеристикой линейной части исследуемой системы. Таким образом, на
возможность возникновения колебаний нужно исследовать две точки пересечения.
Рис.16. Рис.17.
Левая точка
пересечения имеет координаты U1=-0,784 и V1=-0,0623. Найдем амплитуду
колебаний, при которой кривая наиболее близко проходит через точку
с указанными координатами. Амплитуда принимает ряд значений
, при этом координаты точек кривой
равны
Таким образом
.
Аналогично
может быть определена амплитуда колебаний в правой точке пересечения
U2=-0,473 и V2=0,072. Амплитуда принимает значения , при которых
Следовательно
.
Частота
колебаний для находится из
условия прохождения кривой
через точку U1=-0,784 и
V1=-0,0623. Частота принимает ряд значений
Наиболее
близко кривая проходит через указанную
точку при
. Частота колебаний в правой точке
.
Проверка
устойчивости полученных решений с помощью условия (35) показывает, что колебания
в левой точке с амплитудой и частотой
устойчивы, а в правой точке не устойчивы.
Рассмотренную
задачу проще решить с помощью построения АФЧХ разомкнутой системы (32) и
применения критерия Найквиста. Увеличенный фрагмент АФЧХ при приведен на Рис.18.
Рис.18.
Частота колебаний находится из условия
выполнения равенства . Частота принимает
значения
. Для этих значений модуль равен
Следовательно,
искомая частота колебаний . Нетрудно убедиться, что
возникшие колебания устойчивы.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.