Если система достаточно сложна и не поддаётся моделированию в целом, то используется приём декомпозиции – система делится на части направленного действия, которые связывают между собой линиями со стрелками.
Рассмотрим составные части некоторой системы и проведём их компоновку:
Рис. 2.4. Компоновка элементов системы.
На рисунке изображёна
диаграмма графа элементов системы
, где
-
множество вершин;
– множество дуг.
Пусть дуги будут сигналами, а вершины – преобразователями сигналов, тогда будет получен сигнальный граф.
Следующим шагом после декомпозиции является описание моделей элементов подсистем, если они достаточно просты. Если подсистема слишком сложна для описания в целом, то она разбивается на части и т.д. Так получаются иерархические (многоуровневые) модели. Модели частей могут быть типа «вход-выход» или «вход-состояние-выход». Кроме того, элементы системы могут быть заданны частотными или временными характеристиками.
Анализ систем управления заключается в выявлении свойств устойчивости, управляемости, наблюдаемости, а также инвариантности к возмущениям, ковариантости (совместного изменения) с заданием, а также чувствительности к вариациям элементов.
Устойчивость означает возвращение системой к прежнему состоянию после исчезновения возмущения.
отражает предысторию
возмущений
1 – устойчивая система
2 – граница устойчивости
3 - неустойчивая система
Решение однородного линейного дифференциального уравнения имеет вид

где
–
различные корни характеристического полинома;
–
постоянные интегрирования, зависящие от корней характеристического полинома и
начальных условий Рассмотрим «моду»
:
•
•
. Процесс считается
установившимся,
когда
. Это достигается за время
.
Величина
называется
постоянной времени. Явления, которые описываются линейным дифференциальным
уравнением с такими корнями – устойчивые.
•
. Явления, которые описываются линейным дифференциальным
уравнением с такими корнями – неустойчивые.
•
. При
процесс устойчивый, при
-
неустойчивый, при
процесс есть незатухающие
колебания.
Вывод (необходимое и достаточное условие асимптотической устойчивости линейных стационарных систем): если все корни характеристического полинома находятся слева от мнимой оси (корни принадлежат открытой левой полуплоскости) комплексной плоскости, то система является устойчивой.
система устойчива
Пусть дан характеристический полином линейного дифференциального уравнения:

Необходимое условие устойчивости системы: все коэффициенты характеристического полинома линейного дифференциального уравнения должны быть одного знака. Обратное утверждение верно не всегда, но для дифференциальных уравнений первого и второго порядков верно и обратное утверждение.
Критерий Гурвица устойчивости систем: для устойчивости необходимо и достаточно, чтобы все диагональные миноры матрицы Гурвица были положительные.
Матрица Гурвица имеет вид:

Диагональные миноры матрицы Гурвица имеют вид:
![]()

![]()
Пример: пусть
.
Составляем матрицу Гурвица:
система устойчива
Таким образом, для
устойчивости произведение средних коэффициентов (
) должно
быть больше произведения крайних коэффициентов (
).
Пусть дан характеристический полином линейного дифференциального уравнения:

Рассмотрим
как функцию комплексного
аргумента.
Пусть
.
Тогда, в силу основной теоремы алгебры можно разложить полином на линейные
множители:

При

Если
, и корень устойчив.
Если
, и корень неустойчив.
Если все корни устойчивы, то ![]()
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.