Valdymo inžinerija 1: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 12 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniaiAtgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta

Stabilumas
visos charakteristinio daugianario šaknys kairiojoje pusplokštumėje
Rauso lentelė, kubinio daugianario s¹ elementas
b1 = (a2a1 − a3a0)/a2
Šaknys dešiniojoje pusplokštumėje
ženklo kaitų skaičius pirmajame stulpelyje
Kubinis daugianaris s³ + a₂s² + a₁s + a₀
stabilus, kai visi a > 0 ir a₂·a₁ > a₀
K/(s(s + a)(s + b))
Kmax = ab(a + b), ω = √(ab)
Charakteringoji lygtis
1 + K·G(s) = 0
Asimptotės
σa = (Σp − Σz)/(n − m), θ = (2q + 1)·180°/(n − m)
Atsiskyrimo ir susijungimo taškai
dK/ds = 0
Modulio sąlyga
K = 1/|G(s)|
Išėjimo kampas
θd = 180° − Σ∠(from other poles) + Σ∠(from zeros)

Metodas

  1. Užrašykite uždarojo kontūro charakteristinį daugianarį: lygties 1 + K·G(s) = 0 vardiklį, išskleistą.
  2. Koeficientus pakaitomis surašykite į pirmąsias dvi Rauso lentelės eilutes ir sudarykite likusias eilutes.
  3. Suskaičiuokite pirmojo stulpelio ženklo kaitas: kiekviena yra vienas polius dešiniojoje pusplokštumėje. Kai lentelėje yra K, reikalaukite, kad kiekvienas pirmojo stulpelio elementas liktų teigiamas.
  4. Šaknų geometrinei vietai pažymėkite polius ir nulius, realiosios ašies ruožus, asimptotes iš centroido ir lūžio taškus, kur dK/ds = 0. Stiprinimui taške naudokite K = 1/|G(s)|.

Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Sistemos tipas
G(s) polių ties s = 0 skaičius
Paklaidos konstantos
Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s), Ka = lim s²·G(s) (s → 0)
Šuolis A
ess = A/(1 + Kp)
Rampa A·t
ess = A/Kv
Parabolė A·t²/2
ess = A/Ka
PID reguliatorius
C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s
Antrosios eilės tikslas
s² + 2ζωns + ωn²
Viršijimas ir laiko rodikliai
%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, ts ≈ 4/(ζωn)

Metodas

  1. Suskaičiuokite atvirojo kontūro C(s)·G(s) polius ties s = 0: tai yra sistemos tipas.
  2. Apskaičiuokite įėjimui tinkančią paklaidos konstantą: Kp šuoliui, Kv rampai, Ka parabolei.
  3. Taikykite ess = A/(1 + Kp), A/Kv arba A/Ka arba išspręskite jį reikiamam stiprinimui.
  4. Slopinimo ar greičio reikalavimui užrašykite uždarojo kontūro charakteristinį daugianarį ir sulyginkite jį su s² + 2ζω_n·s + ω_n².

2Uždaviniai

1.Laplaso transformacijosVidutinis
ReIm−2−4−6−824

Pilnojo kvadrato išskyrimo būdu raskite f(t), kai F(s) = (5s + 38)/(s² + 6s + 25), ir apskaičiuokite f(0,3).

F(s) = (5s + 38)/(s² + 6s + 25)t = 0,3 s
f(0.3) =
2.Laplaso transformacijosSunkus
ReIm−224

Sistema aprašoma diferencialine lygtimi y″ + 4y′ + 20y = 3u′ + 5u, kurios įėjimas u(t), o išėjimas y(t). Raskite jos perdavimo funkciją G(s) = Y(s)/U(s) (pradinės sąlygos nulinės) ir apskaičiuokite impulsinę reakciją g(t) ties t = 0,75 s. Raskite g(0,75).

y″ + 4y′ + 20y = 3u′ + 5ut = 0,75 s
g(0.75) =
3.Struktūrinės schemosVidutinis
R(s)+9(s + 6)(s + 1)(s + 2)G(s)C(s)−

Vienetinio neigiamo grįžtamojo ryšio kontūre G(s) = 9(s + 6)/((s + 1)(s + 2)). Prie atskaitos signalo prijungiamas 1 dydžio šuolis. Raskite nusistovėjusią paklaidą ess.

G(s) = 9(s + 6)/((s + 1)(s + 2))R = 1
ess =
4.Struktūrinės schemosSunkus
R(s)+Ks(s + 5)(s + 8)G(s)C(s)−

Objektas G(s) = K/(s(s + 5)(s + 8)) įtrauktas į vienetinio neigiamo grįžtamojo ryšio kontūrą. Raucho ir Hurvico kriterijumi raskite didžiausią stiprinimą Kmax, su kuriuo uždaroji sistema stabili.

G(s) = K/(s(s + 5)(s + 8))vienetinis neigiamas grįžtamasis ryšys
Kmax =
5.Šuolinė reakcijaVidutinis
t (s)y(t)1?

Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 73/(s² + 5s + 73), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos procentinį viršijimą %OS.

G(s) = 73/(s² + 5s + 73)
%OS = %
6.Šuolinė reakcijaSunkus
+−24 VR = 38 ΩL = 100 mHC = 100 µFvC​

Nuosekli RLC grandinė, kurios R = 38 Ω, L = 100 mH ir C = 100 µF, prijungiama prie 24 V šuolio, kai t = 0. Kondensatorius neįkrautas, prieš šuolį srovė neteka. Raskite didžiausią kondensatoriaus įtampą vC,max.

R = 38 ΩL = 100 mHC = 100 µFV = 24 V
vC,max = V
7.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaVidutinis
R(s)+K1s(s + 3)(s + 8)C(s)−

Schemoje pavaizduoto kontūro atvirojo kontūro perdavimo funkcija yra L(s) = K/(s(s + 3)(s + 8)). Stiprinimas didinamas tol, kol uždarasis kontūras atsiduria ties stabilumo riba. Raskite nuolatinių svyravimų dažnį ω.

L(s) = K/(s(s + 3)(s + 8))
ω = rad/s
8.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaSunkus
ReIm−2−4−6−8−10j2j4

Kontūrui L(s) = K/((s + 8)(s² + 2s + 17)) raskite šaknų geometrinės vietos išėjimo kampą θd iš viršutinėje pusplokštumėje esančio kompleksinio polio, matuojamą nuo teigiamosios realiosios ašies.

L(s) = K/((s + 8)(s² + 2s + 17))
θd = °
9.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasVidutinis
r(t) = 1t+4(s + 1)s(s + 2)(s + 5)C(s)−

Į vienetinio grįžtamojo ryšio kontūrą, kurio G(s) = 4(s + 1)/(s(s + 2)(s + 5)), paduodama rampa r(t) = 1t. Raskite nusistovėjusiąją paklaidą ess.

G(s) = 4(s + 1)/(s(s + 2)(s + 5))r(t) = 1t
ess =
10.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasSunkus
r(t) = 2t+2 + 2/s5(s + 1)(s + 4)C(s)−

PI reguliatorius C(s) = 2 + 2/s valdo objektą G(s) = 5/((s + 1)(s + 4)) vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre. Raskite nusistovėjusiąją paklaidą ess, kai įėjimas yra rampa r(t) = 2t.

C(s) = 2 + 2/sG(s) = 5/((s + 1)(s + 4))r(t) = 2t
ess =
11.Bode grafikai ir atsargosVidutinis
|H| (dB)0,11101001000−60−40−2002040ω (rad/s)ω = 1

Raskite G(s) = 3648/((s + 12)(s + 19)) tikslų modulį |G(jω)|, kai ω = 1 rad/s, dB.

G(s) = 3648/((s + 12)(s + 19))ω = 1 rad/s
|G(jω)| = dB
12.Bode grafikai ir atsargosSunkus
|H| (dB)0,10,111101010010010001000−80−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ωc​ = ?

Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 200/(s(s + 20)). Raskite stiprinimo kirtimo dažnį ωc, kai |L(jω)| = 1.

L(s) = 200/(s(s + 20))
ωc = rad/s

3Tirpalai

1.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.3) = 2,916

Laplaso transformacija: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt išvestines paverčia daugyba iš s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standartinės poros: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), o postūmis s → s + σ laiko funkciją padaugina iš e−σt. Norėdami atlikti racionaliosios F(s) atvirkštinę transformaciją, išskaidykite ją į paprastąsias trupmenas: paprastojo poliaus p reziduumas yra A = [(s − p)·F(s)] ties s = p. Galutinės vertės teorema: f(∞) = lims→0 s·F(s), galioja tik tada, kai visi s·F(s) poliai yra kairiojoje pusplokštumėje. Pradinės vertės teorema: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Išskirkite pilnąjį kvadratą

s² + 6s + 25 = (s + 3)² + 16 = (s + 3)² + 4²

Suderinkite skaitiklį

F(s) = 5·(s + 3)/((s + 3)² + 4²) + (23/4)·4/((s + 3)² + 4²)

Atvirkštinė transformacija

f(t) = e−3t·(5·cos 4t + 5,75·sin 4t)
f(0,3) = e−3·0,3·(5·cos(4·0,3) + 5,75·sin(4·0,3)) = 2,916

Atsakymas

f(0,3) = 2,916
2.Laplaso transformacijos

Atsakymas: g(0.75) = −0,6706

Laplaso transformacija: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt išvestines paverčia daugyba iš s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standartinės poros: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), o postūmis s → s + σ laiko funkciją padaugina iš e−σt. Norėdami atlikti racionaliosios F(s) atvirkštinę transformaciją, išskaidykite ją į paprastąsias trupmenas: paprastojo poliaus p reziduumas yra A = [(s − p)·F(s)] ties s = p. Galutinės vertės teorema: f(∞) = lims→0 s·F(s), galioja tik tada, kai visi s·F(s) poliai yra kairiojoje pusplokštumėje. Pradinės vertės teorema: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Perdavimo funkcija

G(s) = Y(s)/U(s) = (3s + 5)/(s² + 4s + 20)

Paprastosios trupmenos

s² + 4s + 20 = (s + 2)² + 4²
G(s) = 3·(s + 2)/((s + 2)² + 4²) + (−1/4)·4/((s + 2)² + 4²)

Impulsinė reakcija

g(t) = e−2t·(3·cos 4t − 0,25·sin 4t)
g(0,75) = −0,6706

Atsakymas

g(0,75) = −0,6706
3.Struktūrinės schemos

Atsakymas: ess = 0,03571

Struktūrinių schemų algebra: nuosekliai sujungti blokai dauginami (G₁·G₂), lygiagrečiai sujungti blokai sudedami (G₁ + G₂), o kontūras su tiesioginiu keliu G ir grįžtamuoju ryšiu H sutrumpinamas iki T = G/(1 + G·H) neigiamam grįžtamajam ryšiui ir G/(1 − G·H) teigiamam grįžtamajam ryšiui. Pirmiausia sutrumpinkite vidinius kontūrus, tada eikite į išorę. Uždarosios sistemos poliai yra charakteristinės lygties 1 + G(s)H(s) = 0 šaknys. Stabilioje sistemoje A dydžio šuolinis įėjimas duoda nusistovėjusį išėjimą A·T(0); esant vienetiniam grįžtamajam ryšiui nusistovėjusi paklaida šuoliui yra A/(1 + Kp), kur Kp = G(0).

Padėties paklaidos konstanta

Kₚ = G(0) = 9·6/(1·2) = 27

Nusistovėjusi paklaida

ess = A/(1 + Kₚ) = 1/(1 + 27) = 0,03571

Atsakymas

ess = 0,03571
4.Struktūrinės schemos

Atsakymas: Kmax = 520

Struktūrinių schemų algebra: nuosekliai sujungti blokai dauginami (G₁·G₂), lygiagrečiai sujungti blokai sudedami (G₁ + G₂), o kontūras su tiesioginiu keliu G ir grįžtamuoju ryšiu H sutrumpinamas iki T = G/(1 + G·H) neigiamam grįžtamajam ryšiui ir G/(1 − G·H) teigiamam grįžtamajam ryšiui. Pirmiausia sutrumpinkite vidinius kontūrus, tada eikite į išorę. Uždarosios sistemos poliai yra charakteristinės lygties 1 + G(s)H(s) = 0 šaknys. Stabilioje sistemoje A dydžio šuolinis įėjimas duoda nusistovėjusį išėjimą A·T(0); esant vienetiniam grįžtamajam ryšiui nusistovėjusi paklaida šuoliui yra A/(1 + Kp), kur Kp = G(0).

Charakteringoji lygtis

s³ + 13s² + 40s + K = 0

Raucho lentelė

s³ | 1 40
s² | 13 K
s¹ | (13·40 − K)/13
s⁰ | K

Stabilumo riba

Visi pirmojo stulpelio elementai turi būti teigiami.

Kmax = 13·40 = 520

Atsakymas

Kmax = 520
5.Šuolinė reakcija

Atsakymas: %OS = 38,24 %

Šuolinė reakcija: pirmosios eilės sistema G(s) = K/(τs + 1) į U dydžio šuolį atsako y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po vienos laiko pastoviosios τ ji pasiekia 63,2 % galutinės vertės K·U, o po 4τ – 98 %. Antrosios eilės sistema G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) turi polius s = −ζωₙ ± jωd, kur ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Kai 0 < ζ < 1, šuolinė reakcija viršija galutinę vertę: procentinis viršijimas %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), pikų laikas tp = π/ωd, o 2 % nusistovėjimo laikas ts ≈ 4/(ζωₙ). Palyginkite vardiklį su s² + 2ζωₙs + ωₙ², kad nustatytumėte ωₙ ir ζ. Masės, spyruoklės ir slopintuvo sistemai ωₙ = √(k/m) ir ζ = c/(2√(km)); nuosekliajai RLC grandinei ωₙ = 1/√(LC) ir ζ = (R/2)·√(C/L).

Palyginkite su standartine forma

Vardiklis turi atitikti s² + 2ζωₙs + ωₙ².

ωₙ² = 73 → ωₙ = 8,544 rad/s
2ζωₙ = 5 → ζ = 5/(2·8,544) = 0,2926

Rezultatas

%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²) = 100·e−0,9613 = 38,24 %

Atsakymas

%OS = 38,24 %
6.Šuolinė reakcija

Atsakymas: vC,max = 26,26 V

Šuolinė reakcija: pirmosios eilės sistema G(s) = K/(τs + 1) į U dydžio šuolį atsako y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po vienos laiko pastoviosios τ ji pasiekia 63,2 % galutinės vertės K·U, o po 4τ – 98 %. Antrosios eilės sistema G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) turi polius s = −ζωₙ ± jωd, kur ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Kai 0 < ζ < 1, šuolinė reakcija viršija galutinę vertę: procentinis viršijimas %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), pikų laikas tp = π/ωd, o 2 % nusistovėjimo laikas ts ≈ 4/(ζωₙ). Palyginkite vardiklį su s² + 2ζωₙs + ωₙ², kad nustatytumėte ωₙ ir ζ. Masės, spyruoklės ir slopintuvo sistemai ωₙ = √(k/m) ir ζ = c/(2√(km)); nuosekliajai RLC grandinei ωₙ = 1/√(LC) ir ζ = (R/2)·√(C/L).

Savasis dažnis ir slopinimo koeficientas

ωₙ = 1/√(LC) = 1/√(0,1·1 × 10⁻⁴) = 316,2 rad/s
ζ = (R/2)·√(C/L) = (38/2)·√(1 × 10⁻⁴/0,1) = 0,6008

Rezultatas

%OS = 9,43 %
vC,max = 24·(1 + 0,0943) = 26,26 V

Atsakymas

vC,max = 26,26 V
7.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta

Atsakymas: ω = 4,899 rad/s

Rauso–Hurvico kriterijus: tiesinė sistema yra stabili, kai visos jos charakteristinio daugianario šaknys yra kairiojoje s plokštumos pusėje. Koeficientus pakaitomis surašykite į pirmąsias dvi Rauso lentelės eilutes. Kiekvienas naujos eilutės elementas apskaičiuojamas iš dviejų aukščiau esančių eilučių; kubiniam daugianariui a₃s³ + a₂s² + a₁s + a₀ elementas s¹ eilutėje yra b₁ = (a₂·a₁ − a₃·a₀)/a₂. Ženklo kaitų skaičius pirmajame stulpelyje lygus šaknų skaičiui dešiniojoje pusplokštumėje. Kai koeficientuose yra stiprinimas K, visi pirmojo stulpelio elementai turi likti teigiami: stiprinimas, kuriam esant s¹ eilutės elementas lygus nuliui, yra stabilumo riba, o s² eilutė tuomet duoda nuolatinių svyravimų dažnį.

Raucho lentelė

s³ + 11s² + 24s + K = 0
s³: 1, 24
s²: 11, K
s¹: (11·24 − K)/11
s⁰: K

Kritinis stiprinimas

K = 11·24 = 264

Pagalbinė lygtis

Esant kritiniam stiprinimui s¹ eilutė lygi nuliui; s² eilutė duoda polius ant menamosios ašies.

11s² + 264 = 0 → s = ±j√24
ω = 4,899 rad/s

Atsakymas

ω = 4,899 rad/s
8.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta

Atsakymas: θd = 60,26 °

Šaknų geometrinė vieta: stiprinimui K didėjant nuo 0 iki ∞, uždarojo kontūro poliai, t. y. lygties 1 + K·G(s) = 0 šaknys, juda iš atvirojo kontūro polių į atvirojo kontūro nulius arba į begalybę. Realiosios ašies taškas priklauso geometrinei vietai, kai realiųjų polių ir nulių skaičius į dešinę nuo jo yra nelyginis. n − m šakų, einančių į begalybę, seka asimptotes kampais (2q + 1)·180°/(n − m), kurios išeina iš centroido σₐ = (Σ polių − Σ nulių)/(n − m). Šakos palieka realiąją ašį arba prie jos prisijungia ten, kur dK/ds = 0. Kampo sąlyga ∠G(s) = 180° nustato formą, o modulio sąlyga K = 1/|G(s)| duoda stiprinimą bet kuriame geometrinės vietos taške.

Polių padėtys

s² + 2s + 17 = 0 → s = −1 ± j4
s = −8

Kampai iš kitų polių

∠(−1 + j4 + 8) = atan2(4, 7) = 29,74°
∠(−1 + j4 − (−1 − j4)) = ∠(j8) = 90°

Išėjimo kampas

θd = 180° − 29,74° − 90° = 60,26°

Atsakymas

θd = 60,26°
9.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: ess = 2,5

Nusistovėjusioji paklaida: vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre, kurio atvirojo kontūro perdavimo funkcija yra G(s), paklaida yra E(s) = R(s)/(1 + G(s)), o pagal galutinės reikšmės teoremą ess = lims→0 s·E(s). Sistemos tipas yra G(s) polių ties s = 0 skaičius. Paklaidos konstantos yra Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s) ir Ka = lim s²·G(s), visos kai s → 0. A dydžio šuolis duoda ess = A/(1 + Kp), rampa A·t duoda A/Kv, o parabolė A·t²/2 duoda A/Ka. 0 tipo kontūras šuolį seka su baigtine paklaida, 1 tipo kontūras seka jį tiksliai, o rampą – su baigtine paklaida.

Greičio konstanta

Kv = lim s·G(s) = 0,4

Rampos paklaida

ess = 1/0,4 = 2,5

Atsakymas

ess = 2,5
10.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: ess = 0,8

P, PI ir PID valdymas: reguliatorius C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s veikia pagal paklaidą. Proporcinis stiprinimas pagreitina kontūrą ir sumažina 0 tipo objekto paklaidą, bet niekada jos nepanaikina. Integralinis narys prideda polių ties s = 0: sistemos tipas padidėja vienetu, o šuolis seka be paklaidos. Diferencialinis narys prideda slopinimo. Norėdami parinkti stiprinimus, užrašykite uždarojo kontūro charakteristinį daugianarį ir palyginkite jį su s² + 2ζωns + ωn². Tuomet %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, kur ωd = ωn√(1 − ζ²), o ts ≈ 4/(ζωn).

Greičio konstanta

s·C(s) = 2s + 2 → 2, kai s → 0.

Kv = 2·5/4 = 2,5

Rampos paklaida

ess = 2/2,5 = 0,8

Atsakymas

ess = 0,8

PI reguliatorius visiškai panaikina šuolio paklaidą; rampa seka su pastoviu atsilikimu.

11.Bode grafikai ir atsargos

Atsakymas: |G(jω)| = 24,04 dB

Dažninė charakteristika: perdavimo funkcijoje įrašykite s = jω. Modulis decibelais yra 20·log₁₀|H(jω)|, o fazė yra skaitiklio dauginamųjų kampų suma minus vardiklio dauginamųjų kampų suma. Pirmos eilės RC ar RL filtras turi lūžio (−3 dB) dažnį ωc = 1/(RC) arba R/L, o fc = ωc/(2π); žemųjų dažnių filtras duoda |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) ir φ = −atan(ω/ωc). Asimptotiniame (tiesių atkarpų) Bode grafike kiekvienas polius sulenkia modulį žemyn 20 dB/dekadai ties savo lūžio dažniu, kiekvienas nulis sulenkia jį aukštyn 20 dB/dekadai, o integratorius 1/s visais dažniais duoda −20 dB/dekadai. Stiprinimo kirtimo dažnis ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); fazės atsarga PM = 180° + ∠L(jωc). Fazės kirtimo dažnis ω180: ∠L(jω) = −180°; stiprinimo atsarga GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Uždaroji kilpa stabili, kai abi atsargos teigiamos.

Sudauginkite modulius

|G(j1)| = 3648/(√(1² + 12²)·√(1² + 19²)) = 3648/(12,04·19,03) = 15,92

Rezultatas

20·log₁₀(15,92) = 24,04 dB

Atsakymas

|G(jω)| = 24,04 dB
12.Bode grafikai ir atsargos

Atsakymas: ωc = 9,102 rad/s

Dažninė charakteristika: perdavimo funkcijoje įrašykite s = jω. Modulis decibelais yra 20·log₁₀|H(jω)|, o fazė yra skaitiklio dauginamųjų kampų suma minus vardiklio dauginamųjų kampų suma. Pirmos eilės RC ar RL filtras turi lūžio (−3 dB) dažnį ωc = 1/(RC) arba R/L, o fc = ωc/(2π); žemųjų dažnių filtras duoda |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) ir φ = −atan(ω/ωc). Asimptotiniame (tiesių atkarpų) Bode grafike kiekvienas polius sulenkia modulį žemyn 20 dB/dekadai ties savo lūžio dažniu, kiekvienas nulis sulenkia jį aukštyn 20 dB/dekadai, o integratorius 1/s visais dažniais duoda −20 dB/dekadai. Stiprinimo kirtimo dažnis ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); fazės atsarga PM = 180° + ∠L(jωc). Fazės kirtimo dažnis ω180: ∠L(jω) = −180°; stiprinimo atsarga GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Uždaroji kilpa stabili, kai abi atsargos teigiamos.

Stiprinimo kirtimas

ω⁴ + 400ω² − 40000 = 0
ω² = (−400 + √(160000 + 4·40000))/2 = 82,84
ωc = 9,102 rad/s

Atsakymas

ωc = 9,102 rad/s

ExamProblems · examproblems.com/courses/control-engineering-1