Дәріс №4. АФЖС және ЛАЖС
Мақсаты: тұйықталған және тұйықталмаған жүйенің амплитуда- фазалық жиіліктік, логарифмдік амплитудалық жиіліктік сипаттамаларын зерттеу.
Тұйықталған және тұйықталмаған жүйелердің АФЖС-ы
4.1 суретте құрылымдық сұлбасы берілген, тұйықталған бурконтурлы жүйені қарастырайық.
сурет –Тұйықталған жүйенің құрылымдық сұлбасы
Тұйықталмаған жүйенің БФ-сы тізбектей қосылған буындардың БФ-на
тең:
W ( p)
k1k2
k1k2 .
(4.1)
p (T p 1)(T p 1) T T p 2 (T T ) p 1
1 2 1 2 1 2
Оңайлық үшін, к1 = к2 = к мен Т1 = Т2 = Т тең болғандағы жеке жағдайды қарастырайық. Сол кезде (4.1) мына түрге келеді:
k 2
Wp ( p) T 2 p2 2Tp 1.
(4.2)
Жүйенің жиіліктік сипаттамасын құру үшін (4.2) формуласында р операторының орнына jω (р = jω) қою керек:
k 2 [(1 T 22 ) j2T]
2 1 T 22
2T
Wp ( j) [(1 T 22 ) j2T T 22 ) j2T] k (1 T 22 )2 j (1 T 22 )2 .
(4.3)
] [(1
Берілген жағдайда БФ-ның комплексті шамасы алгебралық түрде кӛрсетілген, яғни нақты және жорамал бӛліктерден тұрады Wp (jω) = X(ω) + jY(ω).
Кӛрсетілім түрде кешенді айнымалы келесі түрде болады:
Wp (jω) = A(ω) ejφ , (4.4)
мұндағы А(ω) – БФ амплитудасы;
φ – кешенді жазықтықтың нақты осьімен БФ векторының арасындағы бұрыш.
Онда (4.3) формуласын келесідей кӛрсетсе болады:
A()
k 2
1
1 T 2 2 ;
() arctg
2 T .
1 T 2 2
(4.5)
АФЖС-ны құру ұшін жиілікті тұйықталмаған жүйенің кез келген (4.3) немесе (4.5) БФ ӛрнегінен 0-ден ∞-ке дейін ӛзгерту керек.
Басында АФЖС қиысығын құру үшін ω = 0 және ω = ∞ кезіндегі екі шеткі нүктесін табады. Сонда (4.3) формуласын қолдана, алатынымыз:
ω = 0 х (ω) = к2 кезінде; у(ω) = 0 – нүкте кешенді жазықтықтың нақты осьінде жатады.
ω = ∞ х (ω) = 0 кезінде; у(ω) = 0.
Егер (4.5) кӛрсеткіш формуласын қолдансақ, онда:
ω = 0 А (ω) = к2 кезінде; φ(ω) = 0 – нүкте кешенді жазықтықтың нақты осьінде жатады
1) ω = ∞ А (ω) = 0; φ(ω) = 0.
Енді АФЖС қиысығының тек У кешенді жазықтығымен қиылысу нүктелерін анықтау қажет, үйткені нақты осьпен қиылысқандағы ω = 0 кезіндегі х (ω) координаталық функцияны анықтап қойғанбыз. Ол үшін х (ω)- ді нӛлге теңестіріп ω0 жиілікті табамыз, одан соң оны (4.3) формуласының у(ω) жорамал бӛлігіне қоямыз:
х (ω) = 0; 1 – Т2ω2 = 0. (4.6)
сонда ω0 = 1/Т – жиілік кезіндегі, нақты бӛлік х (ω) = 0 болады.
сурет – Тұйықталмаған жүйе АФЖС-ы
Алынған жиілікті (4.3) формуласының жорамал бӛлігіне қойып АФЖС қиысығымен у(ω0) = - 0,5 жорамал осьпен қиылысу координаталарын аламыз. Осы нүктелер арқылы шамамен АФЖС-ның қисығын кӛрсетуге болады. Нақтырақ қисығын ω= 0 –тен ω0-ге дейінгі аралығында құрады.
Тұйықталған жүйе БФ-сы (4,1 сурет) мынааған тең:
Wp ( p) k 2
W3 ( p) 1 W
p
( p)Woc
.
( p) T 2 p2 2Tp 1 k 2k
oc
(4.7)
сурет – Тұйықталған жүйе АФЖС-ы Тұйықталған жүйе сипаттама теңдеуі мынаған тең:
Т 2р 2 + 2Тр + 1 + к 2 к ос = 0. (4.8)
р = jω–ны сипаттама полиномына қойып, келесіні аламыз
-Т 2ω 2 + j 2Tω + 1+ k 2k oc = X(ω) + jY(ω) = (1+ k 2k oc - Т 2ω 2) + j 2Tω, (4.9) мұндағы X(ω) = 1+ k2koc - Т2ω2 – полином векторының нақты бӛлігі;
jY(ω) = 2Tω –полином векторының жорамал бӛлігі.
АФЖС қисығының құрылуы: ω жиілікті 0-ден ∞-ке дейін ӛлшей отырып кешенді жазықтықта координата нүктелерін табады.
Екі шеткі жиіліктер кезіндегі координаталарды табамыз: 1) ω = 0 кезінде Х(0) = 1+ k2koc , У(0) = 0.
2) ω = ∞ кезінде Х(∞) = - ∞; У(∞) = ∞.
Қисықтың жорамал осьпен қиылысуы болатын ω0 жиілік, Х(ω) = 0 болған кезде табылады:
1+ k2 koc
- Т2ω2 = 0,
0 T .
(4.10)
Табылған ω0 жиілікті У(ω) жорамал бӛлікке қоя отырып, АФЖС қиысығының кешенді жазықтықтың жорамал осьімен қиылысу координаталарын аламыз:
oc
Y (0 ) 2
1 k 2k .
(4.11)
4.2 Жүйенің логарифмдік жиіліктік сипаттамалары
Амплитудалы-фазалық жиілік келесідей болады:
W ( j) A() exp j(). (4.12)
Оң және сол жағын логарифмдеп табамыз:
lnW ( j) ln A() j (). (4.13)
lnA(ω) және φ(ω) ӛрнектері логарифмдік-амплитудалық (ЛАС) және логарифмдік фазалық сипаттамаларына (ЛФС) сәйкес.
Екі шамалардың байланысын бағалау үшін логарифмдік бірлік децибелді (дБ) пайдалану шешімі қабылданған. L және А арасындағы байланыс мына формуламен берілген:
L = 20lgA. (4.14)
Тұйықталмаған жүйелер БФ-сф тең:
W ( p) Wi ( p).
i1
(4.15)
онда
Егерде модульдар мен аргументтерде кӛрсетсек, яғни кӛрсеткіш түрде
n
A() Ai (),
i 1
() i ()
i 1
Немесе логарифмде:
n n
L() Li () 20lg Ai (),
(4.16)
i 1 i 1
мұндағы L(ω) – жүйенің логарифмдік жиіліктік сипаттамасы.
Бұл ӛрнектен ЛАЖС-ны құрудың келесі ережесі пайда болады: бӛлек буындар ЛЖС-ы құрады содан кейін ғана оларды сызба түрінде қосады.
Мысалға: тұйықталмаған жүйе БФ-сы берілсін
W ( p)
100( p 1) .
p(10 p 1)(0,01p2 0,1p 1)
р = jω-ты орнына қойып, және (4.16) ӛрнегін қолдана,тұйықталмаған жүйе ЛАЖС-ы келесіге тең болады:
L() 40 20lg 20lg
20
(1 0,01) 2 (0,1) 2 .
Асимптотикалық ЛАЖС 4 асимптоттан тұрады. ω1 = 1/10 = 0,1; ω2 = 1; ω3 = 1/0,1 = 10 сияқты түйісетін жиіліктер анықталады.
4.4 сурет – Тұйықталмаған жүйе ЛАЖС
Түйісу жиілігінен тӛмен жиіліктер кезінде, түбір астында тек бірліктерді қалдырады.
Сондықтан ω<ω1 кезінде L(ω) ≈ 40 – 20lg, ω – бірінші асимптота теңдеуі
Бірінші асимптотаны кординаталары ω1 = 0,1 және L(ω) = 60 дБ бұрылуы -20 дБ/дек тең нүктесі арқылы ω 1 бірінші түйісу жиілігіне дейін жүргізеді:
L(ω1) = 40 – 20lg0,1 = 40 + 20 = 60 дБ.
Екінші асимптотаны бірінші түйісудің соңынан ω2 екінші түйісу жиілігіне дейін жүргізеді. Оның бұрылуы форсируші, апериодтық немесе тербелмелі буындардың ω1 түйісу жиілігі болуына байланысты анықталады, яғни +20, -20 немесе 40 дБ/дек. Берілген жағдайда ω1 – апредиодтық буынның түйісу жиілігі, бұрылуы 20 дБ/дек болады.
Екінші асимптота ω1 ≤ ω<ω2 кезінде келесідей болады:
L(ω) ≈ 40 – 20lgω – 20lg10ω=40 – 20lgω – 20lg10 – 20lgω = 20 – 40lgω. Ары қарай екіншіге тұтас үшінші асимптота үшін теңдеу алады.
Үшінші асимптотаны екінші түйісудің соңынан ω3 үшінші түйісу жиілігіне дейін жүргізеді, оның бұрылуы +20 дБ тең болады - ω2 кезіндегі форсилеуші буын.
Үшінші асимптота ω2 ≤ ω<ω3 кезінде келесідей болады
L(ω) ≈ 20 – 40lg ω + 20lg ω = 20 - 20lg ω.
Тӛртінші асимптотаны бұрылуы – 40 дБ-ға тең ω3 үшінші түйісу жиілігі соңынан жүргізеді - ω3 кезіндегі тербелмелі буын.
Үшінші асимптота теңдеуі ω ≥ ω3 кезінде келесідей болады:
L(ω) ≈ 20 – 20lg ω - 40lg 0,1ω = 20 - 20lg ω - 40lg 0,1 - 40lg ω = 60 - 60lg ω. Тұйықталмаған жүйе ЛАЖС-сы 4,4 -суретте келтірілген түрге келеді. 5 Дәріс №5. Тұрақтылықтың алгебралық критерилері
Мақсаты: сызықты жүйелердің тұрақтылығының шарттарын, Раус және Гурвицтың тұрақтылық критерилерін зерттеу.
Достарыңызбен бөлісу: |