Оценка устойчивости по ЛЧХ

Построение амплитудно-фазовых частотных характеристик разомкнутых систем связано с громоздкими вычислениями, поэтому целесообразно оценивать их устойчивость по логарифмическим частотным характеристикам. Для этого необходимо построить ЛЧХ разомкнутой системы (рис.8.8). На рисунке условно показано четыре варианта возможного прохождения ЛФХ.

В том случае, когда АФЧХ не имеет точек пересечения с вещественной осью слева от точки с координатами (-1, j0), то для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы выполнялось условие ωс < ωкр. То есть замкнутая система будет абсолютно устойчивой, если ЛАХ разомкнутой системы принимает отрицательные значения раньше, чем ЛФХ достигнет значения фазы -180⁰ (кривая 4 на рис.8.8).

Если ЛАХ разомкнутой системы принимает отрицательные значения позже, чем ЛФХ достигнет значения фазы -180⁰ (кривая 1 на рис.8.8), то замкнутая система неустойчивая.

Если ЛАХ разомкнутой системы принимает значение амплитуды 0 дб на одной частоте, что и ЛФХ достигнет значения фазы -180⁰ (кривая 2 рис.8.8), то это соответствует колебательной границе устойчивости.

В условно устойчивых системах (кривая 3 рис.8.8) для оценки устойчивости следует в диапазоне частот, где ЛАХ больше нуля, подсчитать число переходов ЛФХ через прямую -180⁰. Если число положительных (сверху вниз) переходов через эту прямую равняется числу отрицательных (снизу вверх), то система в замкнутом состоянии устойчива.

Рис. 8.8. ЛЧХ разомкнутой системы: 1 - система неустойчива;2 - система нейтральная;3 - система условно устойчивая;4 - система абсолютно устойчивая

По ЛЧХ разомкнутой системы можно определить запасы устойчивости: запас по фазе μ отсчитывается по ЛФХ на частоте среза ωс, а запас по амплитуде L_h соответствует значению ЛАХ на критической частоте ωкр, взятому с обратным знаком (кривая 4 на рис.5.14).

Если ωс=ωкр, то система находится на границе устойчивости.

Граничное значение общего коэффициента передачи разомкнутой системы k_гр определяется из выражения 20 lg k_гр = 20 lg k + L_h, где k - общий коэффициент передачи разомкнутой системы.

В заключение дадим некоторые рекомендации, которые следуют из практики проектирования систем.

Во-первых, для того чтобы в системе были обеспечены необходимые запасы устойчивости, наклон ЛАХ в диапазоне частот, в котором расположена частота среза, должен быть равным -20дб/дек. При наклоне характеристики, равном -40дб/дек, трудно обеспечить необходимый запас устойчивости по фазе. При наклоне характеристики, равном 0 дб/дек, получают излишне большие запасы устойчивости по фазе, система становится передемпфированной с длительным переходным процессом.

Во-вторых, запас устойчивости по фазе в системе зависит от диапазона частот, в котором ЛАХ разомкнутой системы на частоте среза имеет наклон -20дб/дек. Чем больше этот диапазон частот, тем выше запас устойчивости по фазе и наоборот.

Контрольные вопросы

1. Какие частотные критерии устойчивости вы можете назвать?

2. Сформулируйте критерий устойчивости Михайлова.

3. Изобразите годограф Михайлова для устойчивой системы 3-го и четвертого порядков

4. Сформулируйте критерий Найквиста.

5. Изобразите АФЧХ соответствующую граничному условию по устойчивости.

6. Что такое запасы устойчивости? Каким образом они определяются по АФЧХ разомкнутой системы?

7. Как определяются запасы устойчивости по ЛЧХ?

Поиск по сайту: