РефератыКоммуникации и связьМеМетод статистической и гармонической линеаризации. Расчет автоколебаний по критерию Найквиста

Метод статистической и гармонической линеаризации. Расчет автоколебаний по критерию Найквиста

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ


Кафедра РТС


РЕФЕРАТ


На тему:


"Метод статистической и гармонической линеаризации. Расчет автоколебаний по критерию Найквиста"


МИНСК, 2008


Метод статистической линеаризации

Метод основан на замене нелинейного преобразования процессов статистически эквивалентными им линейным преобразованиями. Нелинейный элемент заменяется линейным эквивалентом (рис.1). В результате замены система линеаризуется, что позволяет использовать методы исследования линейных систем.


Замена нелинейного преобразования линейным является приближенной и справедливой лишь в некоторых отношениях. Поэтому не существует однозначной эквивалентности при использовании различных критериев.


В частности, если нелинейность определяется безинерционной зависимостью вида


, (1)


используется два критерия эквивалентности.



Рис.1.


Первый критерий предполагает равенство на выходе нелинейного элемента и его линейного эквивалента математических ожиданий и дисперсий процессов.


Второй критерий – минимум среднего квадрата разности процессов на выходе нелинейного элемента и его линейного эквивалента.


Процесс на входе и выходе нелинейного элемента представим в виде:


; (2)


, (3)


где─ математическое ожидание процесса на выходе НЭ;


─ центрированная случайная составляющая.


Процесс на выходе линейного эквивалента представляется в следующем виде:


, (4)


где ─ коэффициент передачи линейного эквивалента по математическому ожиданию; ─ коэффициент передачи по центрированной случайной составляющей.


Воспользуемся первым критерием эквивалентности:


. (5)


Из этих уравнений находим


;


,


где ─ плотность вероятности процесса на входе нелинейного элемента.


- коэффициент передачи линейного эквивалента по центрированной случайной составляющей (по первому критерию).


По второму критерию эквивалентности:


;


;


;


;


Для определения и , при которых выполняется условие эквивалентности, найдем частные производные и приравняем их нулю:


;


; ; .


При расчете этих коэффициентов полагают, что распределение на входе нормальное:


;


Определив величины


; .


для типовых нелинейностей, заменяют последние коэффициентами передачи линейного эквивалента и анализируют систему линейными методами.


Для основных типов нелинейностей и нормальном распределении входного процесса коэффициенты рассчитаны и представлены в виде табличных значений. В частности, для характеристики релейного типа (рис.2)



Рис.2. Характеристика релейного типа:


;


коэффициенты равны:


; ; ;




Метод гармонической линеаризации



Основы метода.


Метод используется для исследования нелинейных систем, описываемых дифференциальными уравнениями различного порядка. Эффективен для расчета параметров собственных колебаний в системе, используется также для анализа точности при гармоническом задающем воздействии.


Рассмотрим метод применительно к расчету параметров собственных колебаний в нелинейной системе.


Разделим систему на линейную часть и нелинейное звено (рис.3).



Рис.3. Модель нелинейной системы.


Уравнение линейной части:


,(6)


При возникновении автоколебаний процесс на выходе линейной части не является строго гармоническим, но мы будем полагать, что линейное звено является фильтром нижних частот и подавляет все гармоники, за исключением первой. Это предположение называется гипотезой фильтра. Если она не подтверждается, то ошибки при применении гармонической линеаризации могут быть значительными.


.


Пусть


; . (7)


Представим в виде ряда Фурье:


; (8)


Полагаем, что


.


Это справедливо, если симмет

рична относительно начала координат и отсутствует внешнее воздействие. Полагая, что высшие гармоники подавляются, будем искать только и


Из уравнения (7) находим:


; . (9)


Подставив (8. 20) в (8. 19) и ограничив ряд слагаемыми первой гармоники, получим:


(10)


где


(11)


Таким образом, нелинейное уравнение для заменили приближенным линейным уравнением (11) для первой гармоники.


и называют гармоническими коэффициентами передачи нелинейного звена. Коэффициенты и в рассматриваемом случае зависят от амплитуды, при более сложной нелинейной зависимости зависят еще и от частоты.


Рассчитанные значения коэффициентов гармонической линеаризации для типовых нелинейностей можно найти в учебниках и справочной литературе.


Передаточная функция разомкнутой системы может быть представлена в следующем виде:


; ;


где ─ эквивалентная передаточная функция нелинейно - го звена.


Частотная передаточная функция разомкнутой системы


.


Характеристическое уравнение


.


Модуль частотной передаточной функции нелинейного звена


.


Фазочастотная характеристика


; ()


Модуль определяет отношение амплитуд, а фазовый сдвиг на выходе относительно входного сигнала.


Если симметрична относительно начала координат, однозначна и не имеет гистерезиса, то и тогда


.


Часто при анализе используется величина обратная . Она называется гармоническим импедансом нелинейного звена:


.



Расчет автоколебаний по критерию Найквиста


В соответствии с критерием Найквиста строится годограф частотной передаточной функции разомкнутой системы



Условием возникновения в системе колебаний является прохождение амплитудно-фазовой характеристики через точку (-1,j0) комплексной плоскости. Для определения условий прохождения годографа через эту точку приравняем


.


Чтобы решить это уравнение можно, задавая значение амплитуды, строить амплитудно-фазовую характеристику(рис.8.18) Значение амплитуды а=А, при которой АФХ пройдет через точку (-1,j0) будет соответствовать амплитуде собственных колебаний. Значение частоты определяют по частоте в точке (-1,j0).



Рис.4. Амплитудно-фазовая характеристика нелинейной системы.


Тогда искомое колебание


.


При нелинейной зависимости вида передаточную функцию разомкнутой системы можно представить в виде


. (12)





Это уравнение решается графическим методом (рис.5).

Строим амплитудно-фазовую характеристику линейного звена и кривую импеданса нелинейного звена. Определяем точку пересечения. Частоту определим по АФХ линейного звена в точке пересечения. Амплитуду А определим по кривой импеданса нелинейного звена.


Чтобы определить являются ли колебания устойчивыми автоколебаниями, нужно задать приращение амплитуды ; при этом точка на импедансе смещается влево вниз. Это будет соответствовать уменьшению, следовательно, кривая годографа ПФ разомкнутой системы не будет охватывать точку с координатами . Поэтому амплитуда колебаний начнет уменьшаться, и система вернется в исходное состояние. То же будет и при отрицательном приращении.


Критерий устойчивости периодического режима сводится к тому, чтобы часть кривой соответствующая меньшим амплитудам, охватывалась амплитудно-фазовой характеристикой линейной части.


При отсутствии в системе периодических режимов (решения уравнения (8.23)) можно предположить, что система будет устойчива.


Условие устойчивости равновесного состояния (отсутствия автоколебаний): при устойчивой или нейтральной в разомкнутом состоянии линейной части её АФХ не охватывает годограф .


ЛИТЕРАТУРА

1. Коновалов. Г.Ф. Радиоавтоматика: Учебник для вузов. – М.: Высш. шк., 2000.


2. Радиоавтоматика: Учеб. пособие для вузов. / Под ред. А. Бесекерского. - М.: Высш. шк., 2005.


3. Первачев С.В. Радиоавтоматика: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 2002.


4. Цифровые системы фазовой синхронизации Под ред. И. Жодзишского – М.: Радио, 2000.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Метод статистической и гармонической линеаризации. Расчет автоколебаний по критерию Найквиста

Слов:1017
Символов:8937
Размер:17.46 Кб.