Пусть разомкнутая система с передаточной функцией
будет устойчива или нейтральна.
Разомкнем систему и подадим на ее вход гармонические колебания:
. На выходе системы установятся
колебания вида:
.
Для устойчивости
вистемы важго исследовать случай, когда сигналы и
совпадают по фазе, то есть
имеет сдвиг по фазе относительно
, равный
.
Пусть на частоте
фазо-частотная характеристика
разомкнутой системы
.
1. Если амплитудо-частотная характеристика
разомкнутой системы
, то в случае замыкания
разомкнутой системы колебания при прохождении через
и
увеличаться по амплитуде, так как
. Со следующим циклом прохождения
сигнала амплитуда увеличивается еще больше, то есть замкнутая система будет
неустойчива.
2. Если , тогда при замыкании разомкнутой
системы колебания от цикла к циклу будут уменьшаться по амплитуде, то есть
замкнутая система будет устойчивой.
3. , тогда при замыкании разомкнутой
системы в замкнутой системе установятся незатухающие колебания, то есть система
будет находиться на границе устойчивости.
Частная формулировка критерия устойчивости Найквиста.
Если разомкнутая
система является нейтральной или устойчивой, то в замкнутом состоянии она будет
устойчивой, если АФХ разомкнутой системы не
охватывает точку
.
Общая формулировка критерия Найквиста.
Если разомкнутая система является неустойчивой, то в замкнутом
состоянии она будет устойчивой, если АФХ разомкнутой системы
охватывает точку
под углом
,
где
- число корней характеристического
уравнения разомкнутой системы в правой полуплоскости.
Кривая 1 – АСР устойчива;
Кривая 2 – АСР на границе устойчивости;
Кривая 3 – АСР неустойчива.
Пример.
Рис. (а).
Разомкнутая
система неустойчива, имеет два корня в отрицательной полуплоскости, охватывает точку (-1,0) под углом 2p, значит замкнутая система будет устойчива.
Рис. (б), (в), (г).
Замкнутая автоматическая система регулирования устойчива, разомкнутая система – также.
Рис. (д). Замкнутая АСР неустойчива, разомкнутая АСР устойчива.
Формулировка критерия устойчивости Цыпкина.
Если разомкнутая
система является неустойчивой, то в замкнутом состоянии она будет устойчивой,
если число положительных переходов АФХ разомкнутой системы больше, чем число
отрицательных переходов на k/2 при изменении от
0 до
,
где k- число положительных корней характеристического
уравнения разомкнутой системы
.
Под
положительным переходом понимается пересечение АФХ разомкнутой системы отрезка сверху вниз.
Пример 1.
Определить значение коэффициента передачи k , при котором система выходит на границы устойчивости.
Пример 2.
Определить устойчивость системы.
Замкнутая АСР структурно неустойчива. Необходимо определить, устойчива ли разомкнутая система.
Пример 3.
Определить
значение коэффициентов передачи герулятора ,
при котором система выходит на границы устойчивости.
Влияние запаздывания на устойчивость
Обычно АФХ разомкнутой системы представляет собой спираль, навивающуюся
на начало координат. Пусть передаточная функция разомкнутой системы содердит
звено запаздывания
, где
- передаточная
функция предельной системы, которая не содержит звеньев запаздывания.
Предположим, что
АФХ разомкнутой системы не охватывает точку (-1;0). Звено запаздывания не
изменит амплитудо-частотную характеристику разомкнутой системы, так как , а
.
Амплитудо-частотная характеристика разомкнутой системы:
.
Следовательно,
для получения АФХ разомкнутой системы необходимо
АФХ предельной системы повернуть на угол
, то
есть каждую точку АФХ предельной системы
повернуть
на угол
, где
-частота
соответствующая точкам АФХ
.
Очевидно, что
полученная с учетом запаздывания АФХ разомкнутой системы будет расширяться и может охватить
точку (-1;0), что приведет к неустойчивости замкнутой системы в соответствии с
критерием Найквиста.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.