Automatyka 1: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 12 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadaniaWróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Stabilność: kryterium Routha–Hurwitza i linia pierwiastkowa

Stabilność
wszystkie pierwiastki wielomianu charakterystycznego w lewej półpłaszczyźnie
tablica Routha, element s¹ wielomianu trzeciego stopnia
b1 = (a2a1 − a3a0)/a2
Pierwiastki w prawej półpłaszczyźnie
liczba zmian znaku w pierwszej kolumnie
Wielomian trzeciego stopnia s³ + a₂s² + a₁s + a₀
stabilny, gdy wszystkie a > 0 oraz a₂·a₁ > a₀
K/(s(s + a)(s + b))
Kmax = ab(a + b), ω = √(ab)
Równanie charakterystyczne
1 + K·G(s) = 0
Asymptoty
σa = (Σp − Σz)/(n − m), θ = (2q + 1)·180°/(n − m)
Punkty rozejścia i zejścia
dK/ds = 0
Warunek modułu
K = 1/|G(s)|
Kąt wyjścia
θd = 180° − Σ∠(from other poles) + Σ∠(from zeros)

Metoda

  1. Zapisz wielomian charakterystyczny układu zamkniętego: mianownik 1 + K·G(s) = 0, po wymnożeniu.
  2. Wpisz współczynniki naprzemiennie w dwa pierwsze wiersze tablicy Routha i zbuduj pozostałe wiersze.
  3. Policz zmiany znaku w pierwszej kolumnie: każda to jeden biegun w prawej półpłaszczyźnie. Gdy w tablicy występuje K, żądaj, by każdy element pierwszej kolumny pozostał dodatni.
  4. Dla linii pierwiastkowej zaznacz bieguny i zera, odcinki osi rzeczywistej, asymptoty wychodzące ze środka asymptot oraz punkty rozgałęzienia, w których dK/ds = 0. Użyj K = 1/|G(s)| dla wzmocnienia w danym punkcie.

Uchyb ustalony i regulacja PID

Typ układu
liczba biegunów G(s) w s = 0
Stałe uchybowe
Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s), Ka = lim s²·G(s) (s → 0)
Skok A
ess = A/(1 + Kp)
Narastanie liniowe A·t
ess = A/Kv
Parabola A·t²/2
ess = A/Ka
Regulator PID
C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s
Cel drugiego rzędu
s² + 2ζωns + ωn²
Przeregulowanie i czasy
%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, ts ≈ 4/(ζωn)

Metoda

  1. Policz bieguny układu otwartego C(s)·G(s) w s = 0: to typ układu.
  2. Wyznacz stałą uchybową pasującą do wejścia: Kp dla skoku, Kv dla narastania liniowego, Ka dla paraboli.
  3. Zastosuj ess = A/(1 + Kp), A/Kv lub A/Ka albo rozwiąż to względem potrzebnego wzmocnienia.
  4. Przy wymaganiu dotyczącym tłumienia lub prędkości zapisz wielomian charakterystyczny układu zamkniętego i porównaj go z s² + 2ζω_n·s + ω_n².

2Zadania do ćwiczenia

1.Transformaty Laplace’aŚredni
t (s)f(t)t = 0,2f(0,2) = ?

Znajdź f(t) dla F(s) = (6s + 4)/(s² + 8s + 16) i oblicz f(0,2).

F(s) = (6s + 4)/(s² + 8s + 16)t = 0,2 s
f(0.2) =
2.Transformaty Laplace’aTrudny
t (s)y(t)t = 0,1y(0,1) = ?

Układ spełnia równanie y″ + 10y′ + 24y = 24·u(t), przy y(0) = 3 i y′(0) = 0. W chwili t = 0 podano na wejście skok u(t) = 10. Za pomocą transformaty Laplace’a znajdź y(0,1).

y″ + 10y′ + 24y = 24·u(t)y(0) = 3y′(0) = 0u(t) = 10t = 0,1 s
y(0.1) =
3.Schematy blokoweŚredni
R(s)+15K+4s + 1G(s)C(s)4H₁−−

Obiekt G(s) = 4/(s + 1) ma wewnętrzną (podrzędną) pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego ze wzmocnieniem H₁ = 4. Wzmocnienie regulatora K = 15 i zewnętrzna pętla jednostkowego ujemnego sprzężenia zwrotnego zamykają układ. Znajdź wzmocnienie statyczne układu zamkniętego T(0).

G(s) = 4/(s + 1)H₁ = 4K = 15
T(0) =
4.Schematy blokoweTrudny
R(s)+2s + 1G₁+3s + 3G₂C(s)0,5H₁−0,2H₂−

Zredukuj schemat blokowy dla G₁ = 2/(s + 1), G₂ = 3/(s + 3), z wewnętrznym ujemnym sprzężeniem zwrotnym H₁ = 0,5 wokół G₂ i zewnętrznym ujemnym sprzężeniem zwrotnym H₂ = 0,2. Znajdź wzmocnienie statyczne T(0) transmitancji C(s)/R(s).

G₁ = 2/(s + 1)G₂ = 3/(s + 3)H₁ = 0,5H₂ = 0,2
T(0) =
5.Odpowiedź skokowaŚredni
t (s)y(t)2ts​ = ?

Układ ma transmitancję G(s) = 96/(s² + 9s + 48) i otrzymuje jednostkowe wymuszenie skokowe. Znajdź 2-procentowy czas ustalania ts odpowiedzi skokowej, korzystając z ts ≈ 4/(ζωₙ).

G(s) = 96/(s² + 9s + 48)
ts = s
6.Odpowiedź skokowaTrudny
k = 100 N/mc = 10 N·s/mm = 1 kgF = 20 Nx(t)

Masa m = 1 kg wisi na sprężynie k = 100 N/m z tłumikiem lepkim c = 10 N·s/m (m·x″ + c·x′ + k·x = F). W spoczynku w położeniu równowagi nagle przyłożono stałą siłę F = 20 N. Znajdź czas tp, w którym wychylenie jest największe.

m = 1 kgk = 100 N/mc = 10 N·s/mF = 20 N
tp = s
7.Stabilność: kryterium Routha–Hurwitza i linia pierwiastkowaŚredni
R(s)+K1(s + 2)(s + 5)(s + 6)C(s)−

Pętla ze sprzężeniem jednostkowym ma L(s) = K/((s + 2)(s + 5)(s + 6)), gdzie K > 0. Wyznacz największe wzmocnienie Kmax, przy którym układ zamknięty jest stabilny.

L(s) = K/((s + 2)(s + 5)(s + 6))
Kmax =
8.Stabilność: kryterium Routha–Hurwitza i linia pierwiastkowaTrudny
ReIm−1−2−3−4−5−6−71j1j2

Pętla ze sprzężeniem jednostkowym ma L(s) = K(s + 3)/(s(s + 2)(s + 6)(s + 5)). Wyznacz punkt σa, w którym asymptoty linii pierwiastkowej przecinają oś rzeczywistą.

L(s) = K(s + 3)/(s(s + 2)(s + 6)(s + 5))
σa =
9.Uchyb ustalony i regulacja PIDŚredni
r(t) = 1·t²/2+4(s + 4)s²(s + 1)C(s)−

Na pętlę ze sprzężeniem jednostkowym o G(s) = 4(s + 4)/(s²(s + 1)) podano wejście paraboliczne r(t) = 1·t²/2. Wyznacz uchyb ustalony ess.

G(s) = 4(s + 4)/(s²(s + 1))r(t) = 1·t²/2
ess =
10.Uchyb ustalony i regulacja PIDTrudny
R(s)+20 + Kd​s10s(s + 3)C(s)−

Regulator PD C(s) = 20 + Kd·s steruje obiektem G(s) = 10/(s(s + 3)) w pętli ze sprzężeniem jednostkowym. Wyznacz wzmocnienie członu różniczkującego Kd, przy którym układ zamknięty ma współczynnik tłumienia ζ = 0,707.

G(s) = 10/(s(s + 3))Kp = 20ζ = 0,707
Kd = s
11.Wykresy Bodego i zapasyŚredni
vin​R = 47 ΩL = 1 mHvout​

Filtr górnoprzepustowy RL pokazany na rysunku ma R = 47 Ω, L = 1 mH. Podano sinusoidalne wejście 22 kHz. Znajdź wzmocnienie |H| = |vout/vin| w dB.

R = 47 ΩL = 1 mHf = 22 kHz
|H| = dB
12.Wykresy Bodego i zapasyTrudny
|H| (dB)0,10,1111010100100−80−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−270−180−900ω180​ = ?

Pętla ze sprzężeniem jednostkowym ma transmitancję układu otwartego L(s) = 106/(s(s + 3)(s + 8)). Znajdź częstotliwość odcięcia fazy ω180, przy której ∠L(jω) = −180°.

L(s) = 106/(s(s + 3)(s + 8))
ω180 = rad/s

3Roztwory

1.Transformaty Laplace’a

Odpowiedź: f(0.2) = 0,8987

Transformata Laplace’a: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt zamienia pochodne na mnożenie przez s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Podstawowe pary: 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), a przesunięcie s → s + σ mnoży funkcję czasu przez e−σt. Aby odwrócić wymierną F(s), rozłóż ją na ułamki proste: residuum prostego bieguna p wynosi A = [(s − p)·F(s)] przy s = p. Twierdzenie o wartości końcowej: f(∞) = lims→0 s·F(s), słuszne tylko wtedy, gdy wszystkie bieguny s·F(s) leżą w lewej półpłaszczyźnie. Twierdzenie o wartości początkowej: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Rozłóż mianownik na czynniki

s² + 8s + 16 = (s + 4)²

Ułamki proste

6s + 4 = 6(s + 4) + −20
F(s) = 6/(s + 4) − 20/(s + 4)²

Transformata odwrotna

f(t) = 6·e−4t − 20·t·e−4t
f(0,2) = (6 − 20·0,2)·e−4·0,2 = 0,8987

Odpowiedź

f(0,2) = 0,8987
2.Transformaty Laplace’a

Odpowiedź: y(0.1) = 3,607

Transformata Laplace’a: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt zamienia pochodne na mnożenie przez s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Podstawowe pary: 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), a przesunięcie s → s + σ mnoży funkcję czasu przez e−σt. Aby odwrócić wymierną F(s), rozłóż ją na ułamki proste: residuum prostego bieguna p wynosi A = [(s − p)·F(s)] przy s = p. Twierdzenie o wartości końcowej: f(∞) = lims→0 s·F(s), słuszne tylko wtedy, gdy wszystkie bieguny s·F(s) leżą w lewej półpłaszczyźnie. Twierdzenie o wartości początkowej: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Przekształcenie równania

(s² + 10s + 24)·Y(s) = 3s + 30 + 240/s
Y(s) = (3s² + 30s + 240)/(s(s + 4)(s + 6))

Ułamki proste

A = 240/(4·6) = 10
B = 168/((−4)·2) = −21
C = 168/((−6)·(−2)) = 14

Wynik

y(t) = 10 − 21·e−4t + 14·e−6t
y(0,1) = 3,607

Odpowiedź

y(0,1) = 3,607

Sprawdzenie: y(0) = A + B + C = 3.

3.Schematy blokowe

Odpowiedź: T(0) = 0,7792

Algebra schematów blokowych: bloki połączone szeregowo mnożą się (G₁·G₂), bloki połączone równolegle dodają się (G₁ + G₂), a pętla ze ścieżką prostą G i ścieżką sprzężenia zwrotnego H redukuje się do T = G/(1 + G·H) dla ujemnego sprzężenia zwrotnego i G/(1 − G·H) dla dodatniego. Najpierw redukuj pętle wewnętrzne, potem idź na zewnątrz. Bieguny układu zamkniętego są pierwiastkami równania charakterystycznego 1 + G(s)H(s) = 0. Dla stabilnej pętli wymuszenie skokowe o wielkości A daje w stanie ustalonym wyjście A·T(0); przy jednostkowym sprzężeniu zwrotnym uchyb ustalony przy skoku wynosi A/(1 + Kp), gdzie Kp = G(0).

Pętla wewnętrzna

Gᵢ = G/(1 + G·H₁) = 4/(s + 1 + 4·4) = 4/(s + 17)

Pętla zewnętrzna

T(s) = K·Gᵢ/(1 + K·Gᵢ) = 60/(s + 17 + 60) = 60/(s + 77)

Wynik

T(0) = 60/77 = 0,7792

Odpowiedź

T(0) = 0,7792
4.Schematy blokowe

Odpowiedź: T(0) = 1,053

Algebra schematów blokowych: bloki połączone szeregowo mnożą się (G₁·G₂), bloki połączone równolegle dodają się (G₁ + G₂), a pętla ze ścieżką prostą G i ścieżką sprzężenia zwrotnego H redukuje się do T = G/(1 + G·H) dla ujemnego sprzężenia zwrotnego i G/(1 − G·H) dla dodatniego. Najpierw redukuj pętle wewnętrzne, potem idź na zewnątrz. Bieguny układu zamkniętego są pierwiastkami równania charakterystycznego 1 + G(s)H(s) = 0. Dla stabilnej pętli wymuszenie skokowe o wielkości A daje w stanie ustalonym wyjście A·T(0); przy jednostkowym sprzężeniu zwrotnym uchyb ustalony przy skoku wynosi A/(1 + Kp), gdzie Kp = G(0).

Pętla wewnętrzna

Gᵢ = G₂/(1 + G₂H₁) = 3/(s + 4,5)

Pętla zewnętrzna

T(s) = G₁Gᵢ/(1 + G₁GᵢH₂) = 6/((s + 1)(s + 4,5) + 1,2)

Wzmocnienie statyczne

T(0) = 6/(1·4,5 + 1,2) = 6/5,7 = 1,053

Odpowiedź

T(0) = 1,053
5.Odpowiedź skokowa

Odpowiedź: ts = 0,8889 s

Odpowiedź skokowa: układ pierwszego rzędu G(s) = K/(τs + 1) odpowiada na skok o wielkości U przebiegiem y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po jednej stałej czasowej τ osiąga 63,2 % wartości końcowej K·U, a po 4τ 98 %. Układ drugiego rzędu G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) ma bieguny s = −ζωₙ ± jωd, gdzie ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Dla 0 < ζ < 1 odpowiedź skokowa ma przeregulowanie: przeregulowanie procentowe %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), czas szczytu tp = π/ωd, a 2-procentowy czas ustalania ts ≈ 4/(ζωₙ). Porównaj mianownik z s² + 2ζωₙs + ωₙ², aby odczytać ωₙ i ζ. Dla układu masa–sprężyna–tłumik ωₙ = √(k/m) i ζ = c/(2√(km)); dla szeregowego obwodu RLC ωₙ = 1/√(LC) i ζ = (R/2)·√(C/L).

Porównaj z postacią standardową

Mianownik musi odpowiadać s² + 2ζωₙs + ωₙ².

ωₙ² = 48 → ωₙ = 6,928 rad/s
2ζωₙ = 9 → ζ = 9/(2·6,928) = 0,6495

Wynik

ζωₙ = 4,5 → ts ≈ 4/4,5 = 0,8889 s

Odpowiedź

ts = 0,8889 s
6.Odpowiedź skokowa

Odpowiedź: tp = 0,3628 s

Odpowiedź skokowa: układ pierwszego rzędu G(s) = K/(τs + 1) odpowiada na skok o wielkości U przebiegiem y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po jednej stałej czasowej τ osiąga 63,2 % wartości końcowej K·U, a po 4τ 98 %. Układ drugiego rzędu G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) ma bieguny s = −ζωₙ ± jωd, gdzie ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Dla 0 < ζ < 1 odpowiedź skokowa ma przeregulowanie: przeregulowanie procentowe %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), czas szczytu tp = π/ωd, a 2-procentowy czas ustalania ts ≈ 4/(ζωₙ). Porównaj mianownik z s² + 2ζωₙs + ωₙ², aby odczytać ωₙ i ζ. Dla układu masa–sprężyna–tłumik ωₙ = √(k/m) i ζ = c/(2√(km)); dla szeregowego obwodu RLC ωₙ = 1/√(LC) i ζ = (R/2)·√(C/L).

Pulsacja własna i współczynnik tłumienia

ωₙ = √(k/m) = √(100/1) = 10 rad/s
ζ = c/(2√(km)) = 10/(2·√(100·1)) = 0,5

Wynik

ωd = 8,66 rad/s
tp = π/ωd = 0,3628 s

Odpowiedź

tp = 0,3628 s
7.Stabilność: kryterium Routha–Hurwitza i linia pierwiastkowa

Odpowiedź: Kmax = 616

Kryterium Routha–Hurwitza: układ liniowy jest stabilny, gdy wszystkie pierwiastki jego wielomianu charakterystycznego leżą w lewej półpłaszczyźnie płaszczyzny s. Współczynniki wpisuje się naprzemiennie w dwa pierwsze wiersze tablicy Routha. Każdy element nowego wiersza powstaje z dwóch wierszy powyżej; dla wielomianu trzeciego stopnia a₃s³ + a₂s² + a₁s + a₀ element w wierszu s¹ to b₁ = (a₂·a₁ − a₃·a₀)/a₂. Liczba zmian znaku w pierwszej kolumnie jest równa liczbie pierwiastków w prawej półpłaszczyźnie. Gdy we współczynnikach występuje wzmocnienie K, każdy element pierwszej kolumny musi pozostać dodatni: wzmocnienie, przy którym element wiersza s¹ zeruje się, to granica stabilności, a wiersz s² daje wtedy częstotliwość drgań niegasnących.

Wielomian charakterystyczny

s³ + 13s² + 52s + 60 + K = 0

Tablica Routha

s³: 1, 52
s²: 13, 60 + K
s¹: (13·52 − 60 − K)/13
s⁰: 60 + K

Warunek

Element wiersza s¹ musi pozostać dodatni.

K < 13·52 − 60 = 616

Odpowiedź

Kmax = 616

Na granicy stabilności pętla oscyluje z pulsacją ω = √52 = 7,211 rad/s.

8.Stabilność: kryterium Routha–Hurwitza i linia pierwiastkowa

Odpowiedź: σa = −3,333

Linia pierwiastkowa: gdy wzmocnienie K rośnie od 0 do ∞, bieguny układu zamkniętego, czyli pierwiastki równania 1 + K·G(s) = 0, przesuwają się od biegunów układu otwartego do jego zer lub do nieskończoności. Punkt osi rzeczywistej należy do linii, gdy liczba biegunów i zer rzeczywistych na prawo od niego jest nieparzysta. n − m gałęzi biegnących do nieskończoności zbliża się do asymptot nachylonych pod kątami (2q + 1)·180°/(n − m), wychodzących ze środka asymptot σₐ = (Σ biegunów − Σ zer)/(n − m). Gałęzie opuszczają oś rzeczywistą lub do niej wracają tam, gdzie dK/ds = 0. Warunek kąta ∠G(s) = 180° wyznacza kształt, a warunek modułu K = 1/|G(s)| daje wzmocnienie w dowolnym punkcie linii.

Bieguny i zera

bieguny: 0, −2, −6, −5
zera: −3
n − m = 4 − 1 = 3

Środek ciężkości

σa = (−13 − (−3))/3 = −3,333

Odpowiedź

σa = −3,333

3 asymptot wychodzi ze środka asymptot pod kątami 60°, 180°, 300°.

9.Uchyb ustalony i regulacja PID

Odpowiedź: ess = 0,0625

Uchyb ustalony: w pętli ze sprzężeniem jednostkowym o transmitancji układu otwartego G(s) uchyb wynosi E(s) = R(s)/(1 + G(s)), a z twierdzenia o wartości końcowej ess = lims→0 s·E(s). Typ układu to liczba biegunów G(s) w s = 0. Stałe uchybowe to Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s) oraz Ka = lim s²·G(s), wszystkie dla s → 0. Skok o wartości A daje ess = A/(1 + Kp), narastanie liniowe A·t daje A/Kv, a parabola A·t²/2 daje A/Ka. Pętla typu 0 nadąża za skokiem ze skończonym uchybem, pętla typu 1 nadąża za nim dokładnie, a za narastaniem liniowym ze skończonym uchybem.

Stała przyspieszeniowa

Ka = 4·4/1 = 16

Uchyb dla paraboli

ess = 1/16 = 0,0625

Odpowiedź

ess = 0,0625
10.Uchyb ustalony i regulacja PID

Odpowiedź: Kd = 1,7 s

Regulacja P, PI i PID: regulator C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s działa na uchyb. Wzmocnienie proporcjonalne przyspiesza układ i zmniejsza uchyb obiektu typu 0, ale nigdy go nie usuwa. Człon całkujący dodaje biegun w s = 0: typ układu rośnie o jeden, a skok jest śledzony bez uchybu. Człon różniczkujący zwiększa tłumienie. Aby dobrać nastawy, zapisz wielomian charakterystyczny układu zamkniętego i porównaj go z s² + 2ζωns + ωn². Wtedy %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, gdzie ωd = ωn√(1 − ζ²), oraz ts ≈ 4/(ζωn).

Wielomian charakterystyczny

s(s + 3) + 10(20 + Kds) = s² + (3 + 10Kd)s + 200

Częstotliwość drgań własnych

ωₙ = √200 = 14,14 rad/s

Wzmocnienie członu różniczkującego

3 + 10Kd = 2·0,707·14,14 = 20
Kd = 1,7 s

Odpowiedź

Kd = 1,7 s

Człon różniczkujący zwiększa tłumienie bez zmiany ωₙ.

11.Wykresy Bodego i zapasy

Odpowiedź: |H| = −0,4751 dB

Charakterystyka częstotliwościowa: podstaw s = jω w transmitancji. Moduł w decybelach to 20·log₁₀|H(jω)|, a faza to suma kątów czynników licznika minus kąty czynników mianownika. Filtr RC lub RL pierwszego rzędu ma częstotliwość graniczną (−3 dB) ωc = 1/(RC) lub R/L oraz fc = ωc/(2π); filtr dolnoprzepustowy daje |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) i φ = −atan(ω/ωc). Na asymptotycznym (łamanym) wykresie Bodego każdy biegun zagina moduł w dół o 20 dB/dekadę przy swojej częstotliwości granicznej, każde zero zagina go w górę o 20 dB/dekadę, a integrator 1/s daje −20 dB/dekadę przy wszystkich częstotliwościach. Częstotliwość odcięcia wzmocnienia ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); zapas fazy PM = 180° + ∠L(jωc). Częstotliwość odcięcia fazy ω180: ∠L(jω) = −180°; zapas wzmocnienia GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Układ zamknięty jest stabilny, gdy oba zapasy są dodatnie.

Częstotliwość graniczna

ωc = R/L = 47/0,001 = 47000 rad/s
fc = 7480 Hz → f/fc = 22000/7480 = 2,941

Wzmocnienie

|H| = 2,941/√(1 + 2,941²) = 0,9468
20·log₁₀(0,9468) = −0,4751 dB

Odpowiedź

|H| = −0,4751 dB
12.Wykresy Bodego i zapasy

Odpowiedź: ω180 = 4,899 rad/s

Charakterystyka częstotliwościowa: podstaw s = jω w transmitancji. Moduł w decybelach to 20·log₁₀|H(jω)|, a faza to suma kątów czynników licznika minus kąty czynników mianownika. Filtr RC lub RL pierwszego rzędu ma częstotliwość graniczną (−3 dB) ωc = 1/(RC) lub R/L oraz fc = ωc/(2π); filtr dolnoprzepustowy daje |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) i φ = −atan(ω/ωc). Na asymptotycznym (łamanym) wykresie Bodego każdy biegun zagina moduł w dół o 20 dB/dekadę przy swojej częstotliwości granicznej, każde zero zagina go w górę o 20 dB/dekadę, a integrator 1/s daje −20 dB/dekadę przy wszystkich częstotliwościach. Częstotliwość odcięcia wzmocnienia ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); zapas fazy PM = 180° + ∠L(jωc). Częstotliwość odcięcia fazy ω180: ∠L(jω) = −180°; zapas wzmocnienia GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Układ zamknięty jest stabilny, gdy oba zapasy są dodatnie.

Częstotliwość odcięcia fazy

(ω/3)·(ω/8) = 1 → ω180 = √(3·8) = 4,899 rad/s

Odpowiedź

ω180 = 4,899 rad/s

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