background image

 1

WYKŁAD 3:  

 

CHARAKTERYSTYKI LINIOWYCH UKŁADÓW DYNAMICZNYCH W 

DZIEDZINIE CZASU I CZĘSTOTLIWOŚCI 

PODSTAWOWE CZŁONY DYNAMICZNE 

 
 
 
1  Opis układu dynamicznego w dziedzinie czasu: 
 
1.1  Odpowiedź impulsowa

g t

L G s

( )

[ ( )]

=

1

    

- odpowiedź na pobudzenie deltą Diraca 

δ

( )

 przy zerowych warunkach początkowych, 

  

- własności delty Diraca 

δ

( )

 

 

δ

( )

t

t
t

=

=

dla
dla

0

0

0

,    

δ

( )

t t

−∞

=

d

1,   

f t

t t

f

( ) ( )

( )

δ

−∞

=

d

0 ,     L

t

[ ( )]

δ

=

1. 

1.2  Odpowiedź skokowa

h t

L G s s

( )

[ ( ) / ]

=

1

    

- odpowiedź na pobudzenie jednostkową funkcją skokową (jedynką Haeviside'a) 

1( )

   

 

  przy zerowych warunkach początkowych, 

 - 

własności jedynki Haeviside'a 

1( )

  

    

1( )

t

t
t

=

<

0

0

1

0

dla
dla

,    1( )

( )

t

t

=

−∞

δ τ τ

d ,      L t

s

[ ( )]

/

1

=

1 .     

1.3 Związki z modelem  ( , , , )

A b c  w przestrzeni stanu: 

  - 

rozważamy (dla uproszczenia) układ skalarny (SISO - Single Input Single Output): 

     

)

(

)

(

)

(

t

u

t

t

b

Ax

x

+

=

&

   (równanie stanu), 

     

y t

t

du t

( )

( )

( )

=

+

c x

T

 (równanie obserwacji), 

x( )

t

R

n

,  u t y t

R

( ), ( )

t

-  A

×

R

n n

b c

,

R

n

d R

 

g t

t

d

( )

=

+

c

b

T

( )

Φ

   gdzie  

Φ

( )

s

s

=

(

)

I

A

1

,  

   

 

 

 

[

]

[

]

Φ

Φ

( )

( )

t

L

s

L

s

t

=

=

=

1

1

1

(

)

exp(

)

I

A

A

   

 

 

 

I

 macierz jednostkowa, 

   

-  h t

d t

( )

( )

=

+

c

b

T

( )d

Φ τ τ

τ

0

1

,  

G s

L g t

s

d

s

d

( )

[ ( )]

(

)

=

=

+ =

+

c

I

A

b

c

b

T

T

( )

1

Φ

H s

L h t

G s s

s

s d s

s

s d s

( )

[ ( )]

( ) /

(

)

/

/

/

/

=

=

=

+

=

+

c

I

A

b

c

b

T

T

( )

1

Φ

 
 
 
 
 

background image

 2

2  Opis układu dynamicznego w dziedzinie częstotliwości: 
 
2.1  Charakterystyki częstotliwościowe (

ω ∈

+

R

): 

 

 

G s

X

jY

M

e

s j

j

( )

( )

( ),

( )

,

( )

=

=

+

ω

ϕ ω

ω

ω

ω

 

 

 

X

( )

ω −

część rzeczywista

 

 

Y

( )

ω −

część urojona

 

 

M

( )

ω −

charakterystyka amplitudowa

 (moduł), 

 

 

ϕ ω

( )

charakterystyka fazowa

 (faza), 

 

 

 

 

 

M

X

Y

( )

( )

( )

ω

ω

ω

=

+

2

2

ϕ ω

ω

ω

( ) arctan

( )

( )

=

Y
X

 

 

X

M

( )

( ) cos ( )

ω

ω

ϕ ω

=

,  

Y

M

( )

( ) sin ( )

ω

ω

ϕ ω

=

 

 

X

G s

s j

( ) Re[ ( )

]

ω

ω

=

=

Y

G s

s j

( ) Im[ ( )

]

ω

ω

=

=

 

 
2.2  Reprezentacje

 

- reprezentacja funkcji  M( )

ω

w układzie kartezjański z osiami (log,dB)  

 

  oraz  funkcji 

ϕ ω

( ) w  układzie kartezjański z osiami (log,deg) 

  

to 

charakterystyki Bodego

 (odpowiednio: amplitudowa oraz fazowa), 

 

 

 

- reprezentacja funkcji 

M

e

j

( )

( )

ω

ϕ ω

w układzie biegunowym z osiami ( X

Y

( ), ( )

ω

ω

  

to 

charakterystyka amplitudowo-fazowa

 (hodograf). 

 
 
3  Podstawowe człony dynamiczne 
 

   

 

u t

( )

G s

( )

y t

( )

U s

( )

Y s

( )

 

 

 
 

   

Y s

G s U s

( )

( )

( )

=

,  

 

   

G s

( )

transmitancja podstawowego (prototypowego) członu dynamicznego. 

 

   

 

 

 

 

  

3.1  Człon proporcjonalny

   

G s

k

( )

=

H s

k s

( )

/

=

 

g t

k

t

( )

( )

= ⋅δ

h t

k

t

( )

( )

= ⋅

1

 

X

k

( )

ω =

,    

Y

( )

ω =

0 , 

 

M

k

( )

ω =

ϕ ω

( )

=

0

o

   
3.2  Człon całkujący

   

G s

k s

( )

/

=

H s

k s

( )

/

=

2

k

>

0

 

 

g t

k

t

( )

( )

= ⋅

1

h t

k t

t

( )

( )

= ⋅ ⋅

1

 

X

( )

ω =

0 ,    

Y

k

( )

/

ω

ω

= −

 

M

k

( )

/

ω

ω

=

ϕ ω

( )

= −

90

o

background image

 3

Model w przestrzeni stanu (założono:  x t

y t

( )

( )

=

 oraz 

)

(

)

(

t

u

k

t

y

=

&

): 

[ ]

A

=

0

[ ]

b

=

k

[ ]

c

=

1

,  

[ ]

d

=

0

 
3.3  Człon różniczkujący

   

G s

k s

( )

= ⋅

H s

k

( )

=

k

>

0

 

)

(

)

(

t

k

t

g

δ

&

=

,  h t

k

t

( )

( )

= ⋅

1

 

X

( )

ω =

0 ,    

Y

k

( )

ω

ω

= ⋅

 

M

k

( )

ω

ω

= ⋅

ϕ ω

( )

=

90

o

 
3.4  Człon inercyjny

   

G s

k

sT

( )

=

+

1

,   

 

 

 

 

 

 

 

(1) 

   

k - wzmocnienie statyczne, 

   

T - stałą czasową. 

 
Odpowiedź impulsowa:  

    

[ ]

g t

L G s

ke

T

t

t T

( )

( )

( )

=

=

1

1

 
Odpowiedź skokowa:  

   

[

]

h t

L G s s

k

e

t

t T

( )

( )

(

) ( )

=

=

1

1

1

0

1

2

3

4

0

0.5

1

1.5

( )

t

t/T

      

Rys. 3.1. Znormalizowana odpowiedź skokowa członu dynamicznego pierwszego rzędu 

(k

=

1). 

 

Czas ustalania T

s

 odpowiedzi skokowej  h t

( ) , definiowany jako 

{

}

T

t h t

k

s

=

=

: ( )

(

)

1

, 0

1

< ≤

,  

wynosi 

 T

T

s

= − ⋅

ln .  

 
Widmowa charakterystyka członu  (1): 

G s

M

e

k

T

e

s j

j

j

T

( )

( )

( )

arctan

=

− ⋅

=

=

+

ω

ϕ ω

ω

ω

ω

1

2 2

   (2) 

background image

 4

0

1

2

3

4

5

0

0.5

1

1.5

( )

M

ω

0.707

ω

3dB

ω

 T

a)

     

0

1

2

3

4

5

-90

-60

0

o

-30

o

o

o

( )

ϕ ω

b)

ω

 T

ω

3dB

-45

o

 

Rys. 3.2. Znormalizowane częstotliwościowe charakterystyki członu inercyjnego (k

=

1). 

 

 

Pulsacja trzydecybelowego pasma przenoszenia członu (1) wynosi  

ω

3

1

dB

T

=

,  

czemu odpowiadają następujące wartości charakterystyki amplitudowej oraz 
fazowej tego członu:  

M(

)

ω

3

1 2

dB

=

    oraz    

ϕ ω

(

)

3

45

dB

o

= −

Model w przestrzeni stanu (założono: )

(

)

(

)

(

t

u

k

t

y

t

y

T

=

+

&

 oraz  y t

x t

( )

( )

=

): 

[

]

A

= −

1/

T

[ ]

b

=

k T

/

[ ]

c

=

1

,  

[ ]

d

=

0

 
3.5  Człon oscylacyjny:  

G s

s s

s

s

n

n

n

( )

=

+

+

=

+

+

ω

ω

ζω

ζτ τ

2

2

2

2 2

2

1

1 2

,     0

1

< <

ζ

,    

(3) 

ζ

 - współczynnik tłumienia,  

ω

τ

n

=

1  jest pulsacją naturalną (pulsacją dragań nietłumionych), 

 
Odpowiedź impulsowa:  

[ ]

g t

L G s

e

t

t

n

t

n

( )

( )

sin

( )

=

=

1

2

0

1

ω

ζ

ω

ζω

1

  (4) 

   

 

ω

ω

ζ

ζ τ

0

2

2

1

1

=

=

n

 - pulsacja drgań tłumionych.  

 
    

Odpowiedź skokowa: 

[

]

(

)

h t

L G s s

e

t

t

e

t

t

t

n

n

t

t

( )

( )

sin

( )

cos

sin

( ),

=

= −

+





=

= −

+











1

0

2

0

0

2

1

1

1

1

ζω

ζω

ω

α

ζ

ω

ζ

ω

ζ

1

1

 (5) 

   

 

α

ζ ζ

=

arc tan 1

2

.  

 

background image

 5

Przykładowe znormalizowane przebiegi odpowiedzi skokowych dla różnych 
wartości współczynnika tłumienia 

ξ

 pokazano na rys. 3.3.  

0

2

4

6

8

10

0

0.5

1

1.5

ζ

=

h( )

t

0.3

0.5

0.7

  

t/T

 

Rys. 3.3. Znormalizowane odpowiedzi skokowe członu oscylacyjnego.  

 
   

 

Widmowa charakterystyka członu oscylacyjnego (3): 

G s

M

e

e

s j

j

n

n

n

j

n

n

( )

( )

(

)

(

)

( )

arctan

=

− ⋅







=

=

+

ω

ϕ ω

ζω ω

ω ω

ω

ω

ω

ω

ζω ω

2

2

2 2

2

2

2

2

2

. (6) 

Przykładowe znormalizowane przebiegi funkcji 

( )

ω

 oraz 

ϕ ω

( )

 dla różnych 

wartości współczynnika tłumienia 

ζ

 pokazano na rys. 3.4. 

0

1

2

3

0

0.5

1

1.5

ζ

=

0.3

0.5

0.7

ω

T

a)

( )

M

ω

     

0

1

2

3

ζ

=

0.5

0.7

0.3

0

o

-60

-120

o

-180

o

( )

ϕ ω

ω

 T

b)

o

 

Rys. 3.4. Znormalizowane częstotliwościowe charakterystyki członu 

oscylacyjnego. 

 

Dla odpowiedzi skokowej 

h t

( )

 definiuje się wskaźniki (por. rys. 3.5): 

przeregulowanie  

(

)

κ =

− ∞

∞ ⋅

h

h

h

max

( )

( ) 100%

,   gdzie    

h

h t

t

max

max ( )

=

0

czas osiągnięcia maksimum (czas pikuczas maksimum)  

{

}

T

t h t

h

κ

=

=

: ( )

max

czas ustalania dla strefy kontrolnej 2

 

{

}

T

t h t

h

h

s

t

=

− ∞ = ⋅ ∞

arg max : | ( )

( )|

( )

0

.   

 
Odpowiednie wskaźniki definiuje się także dla amplitudowej charakterystyki 

( )

ω

 rozważanego członu dynamicznego (por. rys. 3.6): 

background image

 6

wskaźnik oscylacyjności  

M

M

M

r

=

max

( )

0 , gdzie  M

M

max

max

( )

=

ω

ω

0

pulsacja rezonansowa 

 

{

}

ω

ω

ω

r

M

M

=

=

:

( )

max

trzydecybelowe pasmo przenoszenia 

 

{

}

ω

ω

ω

3

3

0

2

dB

dB

=

=

:

(

)

( )

M

M

 

0

0

( )

t

t

( )

h

max

T

κ

T

s

      

0

( )

M

ω

ω

M

r

ω

r

2

)

(

0

/

ω

3dB

0

)

(

0

 

Rys. 3.5. Definicja wskaźników 

dotyczących odpowiedzi 

sokowej.  

 Rys. 3.6. Definicja wskaźników 

dotyczących charakterystyki amplitudowej. 

 

Przeregulowanie 

κ

 oraz czas maksimum T

κ

 zależą w następujący sposób od 

parametrów 

ζ

, 0

1

< <

ζ

, oraz 

τ

 transmitancji (3): 

κ

ζπ

ζ

=





exp

1

2

    oraz       T

κ

πτ

ζ

=

1

2

.   

(7) 

Czas ustalania  T

s

 jest nieciągłą funkcją współczynnika tłumienia 

ζ

, dla której 

można podać następującą ciągłą funkcję majoryzującą 

  T

T

s

s

=

| ln(

)|

τ

ζ

ζ

1

2

, 0

1

< <

ζ

.  

Dla 

∆ =

0 02

.

 i 

∆ =

0 05

.

 oraz przy dostatecznie małych wartościach 

ζ

 

obowiązują oszacowania:  T

s2%

4

≅ τ ζ

 oraz  T

s5%

3

≅ τ ζ

. Wskaźniki  M

r

ω

r

 

oraz 

ω

3dB

, opisujące amplitudową charakterystykę 

( )

ω

 członu (3), związane 

są z parametrami 

ζ

 oraz 

τ

 tego członu następującymi formułami: 

M

r

=

1

2 1

2

ζ

ζ

,     

ω

ζ τ

r

=

1 2

2

,    

0

1 2

< <

ζ

, (8) 

ω

ζ

ζ

τ

3

2

2 2

1 2

1 2

1

dB

=

+

+

(

)

.   

 

 

 

(9) 

 

Wykresy rozważanych wskaźników przedstawiono na rys. 37 (wskaźniki 
dotyczące odpowiedzi skokowej) oraz na rys. 3.8 (wskaźniki dotyczące 
charakterystyki amplitudowej). 

 

background image

 7 

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

20

40

60

ζ

κ

[%]

a)

      

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

5

10

15

ζ

b)

T

κ

τ

/

 

0.2

0.4

0.6

0.8

4

8

12

16

20

ζ

=

2%

5%

T

s

τ

/

c)

_

T

s

τ

/

T

s

τ

/

_

T

s

τ

/

   

 

Rys. 3.7. Wskaźniki odpowiedzi skokowej członu oscylacyjnego. 

 

Ze wzoru (8) wynika, iż 

ζ =



1
2

1

1

1

2

M

M

r

r

,    M

r

1.  

 

 

 

(10) 

Korzystając ze wzoru (7) wyznaczyć można zależność przeregulowania 

κ

 od 

wskaźnika oscylacyjności  M

r

. Zachodzi ponadto 

ζ

κ

π

κ

=

+

|ln |

|

2

2

κ >

0, 

zatem na podstawie wzoru (8) można określić relację odwrotną, pozwalającą na 
wyrażenie wartości wskaźnika oscylacyjności  M

r

 w zależności od 

przeregulowania 

κ

. Opisany jednoznaczny związek między wskaźnikami  M

r

 

oraz 

κ

 ilustruje wykres dany na rys. 3.9. 

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.4

1.8

2.2

2.6

3

ζ

M

r

a)

 

0.2

0.4

0.6

0.8

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

ζ

b)

ω

r

τ

 

 

background image

 8 

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

0.4

0.8

1.2

1.6

ζ

ω

3dB

τ

c)

 

Rys. 3.8. Wskaźniki charakterystyki amplitudowej członu oscylacyjnego. 

 
 

1

1.5

2

2.5

3

0

20

40

60

M

r

κ

[%]

 

Rys. 3.9. Związek między wskaźnikiem oscylacyjności a przeregulowaniem 

odpowiedzi skokowej członu oscylacyjnego. 

 

 Model w przestrzeni stanu: 
 

)

(

0

)

(

)

(

2

1

0

)

(

)

(

2

2

1

2

2

1

t

u

k

t

x

t

x

t

x

t

x

n

n

n

+

=

ω

ζω

ω

&

&

[ ]

[ ]

y t

x t

x t

u t

( )

( )

( )

( )

=



+

1 0

0

1

2

 

background image

 9 

 
4. Transmitancja operatorowa jako model. Wyznaczanie charakterystyk czasowych na 

podstawie transmitancji operatorowej 

 
 
Przykład 1 (Odpowiedzi czasowe) 
Oblicz odpowiedź impulsową oraz skokową modelu o transmitancji operatorowej 

G s

s

s

s

s

s

( )

=

+

+

+

+

+

(

) / (

)

24 30

8

24 26

9

2

2

3

 
Rozwiązanie 
Ponieważ rozważana transmitancja jest transmitancją o jednokrotnych biegunach - zachodzi 
bowiem 

G s

s

s

s

s

s

L s M s

( )

=

+

+

+

+

+

=

(

) / (

)(

)(

)]

( ) /

( )

24 30

8

2

3

4

2

 - odpowiedź impulsową 

obliczyć można w następujący sposób: 

g t

L s

M s

e

L s

M s

e

L s

M s

e

t

s

t

s

t

s

t

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

,

2

3

4

=

+

+

=−

=−

=−

2

3

4

0

,  

(1) 

gdzie 

=

=

+

+

M s

M s

s

s

s

( ) d ( ) d

26 18

3

2

. Wynika stąd, iż 

g t

e

e

e

t

t

t

( )

6

2

3

4

= −

+

2

16

t

0. Odpowiedź skokową obliczamy analogicznie ze wzoru 

h t

L s

M s

L s

sM s

e

L s

sM s

e

L s

sM s

e

s

s

t

s

t

s

t

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

2

3

4

=

+

+

+

=

=−

=−

=−

0

2

3

4

,  t

0, (2) 

skąd ostatecznie otrzymujemy 

h t

t

t

t

t

( )

e

2e

e

,

2

3

4

= +

+

1

4

0

 
Przykład 2 (Oryginał) 
Znajdź oryginał transformaty 

F s

s

s

( )

1 3s

1

= + +

+

(

) / (

)

2

3

.  

 
Rozwiązanie 
Przedstawiając  F s

( )  w postaci 

F s

A

s

A

s

A

s

( )

=

+ +

+

+

+

1

2

2

3

3

1

1

1

/ (

)

/ (

)

/ (

)

, otrzymujemy 

A

s

A

s

A

s s

1

2

3

2

1 3

(

)

(

)

1

1

2

+

+

+ +

= + +

. A zatem  A

1

1

=

, 2

3

1

2

A

A

+

=

,  A

A

A

1

2

3

1

+

+

=

, skąd 

wynika, iż 

A

1

1

=

A

2

1

=

 oraz  A

3

1

= −

. Korzystając ze wzoru 

L

s

t

n

e

n

n

t

− +

=

− ⋅

1

1

1

[(

) ]

/ (

)!

α

α

,  n

1,  t

0, otrzymujemy 

f t

t

t

e

t

( )

1

0

= + −

(

.

)

5

2

,  t

0. 

 
Przykład 3 (Odpowiedź impulsowa) 
Znajdź odpowiedź impulsową oraz skokową modelu danego transmitancją operatorową  

G s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

( )

45 20

7

15 11

5

45 20

7

3

2

1

2

=

+

+

+

+

+

=

+

+

+

+ +

2

2

3

2

2

(

)[

(

) ]

   (1) 

Rozwiązanie 
Rozkładając (1) na ułamki proste, otrzymujemy 

G s

s

s

s

( )

5

2

=

+ + +

+ +

6 3

2

1

2

/ (

) (

) / [

(

) ]

Odpowiedź impulsowa ma zatem postać 

g t

e

t

t e

t

t

( )

cos2

sin

3

=

+

+

6

2

2

(

)

,  t

0. Z kolei, 

rozkładając na ułamki proste transformatę odpowiedzi skokowej  H s

G s s

( )

( )

=

/ , stwierdzamy, 

iż 

H s

s

s

s

s

( )

=

+ − +

+ +

3

2 3

1

2

1

2

2

/

/ (

) (

) / [

(

) ]

. Odpowiedź skokowa ma zatem postać: 

h t

e

e

t

t

t

( )

cos2

3

= −

3 2

,  t

0. 

 
 

background image

 10 

5. Układy pierwszego rzędu 
 
Przykład 4 (Całkowanie+sprzężenie zwrotne) 
Obiekt dynamiczny całkujący o operatorowej transmitancji 

G s

k

s

p

p

( )

=

/

 objęto pętlą 

proporcjonalnego ujemnego sprzężenia zwrotnego poprzez kanał o wzmocnieniu 

k

f

Wyznacz operatorową transmitancję otrzymanego układu zamkniętego (rys. 3.10), wyrażając 
ją za pomocą statycznego wzmocnienia 

k

 i stałej czasowej  . Zakładając,  że do wejścia 

rozpatrywanego układu przyłożono sygnały: a - jednostkowego skoku położeniowego oraz b - 
jednostkowego skoku prędkościowego, podaj przebieg odpowiedzi na każde z tych pobudzeń, 
a następnie, definiując uchyb  e t

( )   jako  różnicę pomiędzy wejściem i wyjściem rozpatrywanego 

układu, znajdź wartość końcową tego uchybu, wyrażając ją jako funkcję wyróżnionych wyżej 
parametrów 

k

 i 

c t

( )

k

s

p

r t

( )

k

f

 

Rys. 3.10. Strukturalny schemat układu dynamicznego 

Rozwiązanie 
Operatorowa transmitancja rozpatrywanego układu wyraża się wzorem 

G s

k

s

k k

s

k

s k k

p

p f

p

p f

( )

=

+

=

+

/

/

1

 

 

 

 

 

(1) 

 

Zapisując (1) w postaci 

G s

k

Ts

( )

=

+

1

,  

 

 

 

 

 

 

 

(2) 

gdzie:  k oznacza statyczne wzmocnienie układu zamkniętego, zaś   jest stałą czasową tego 
układu, mamy 

k

k

f

=

1/

 oraz 

T

k k

p f

=

1/ (

)

. Dla wejściowego sygnału  r t

( )  w postaci 

jednostkowego skoku odpowiedź układu (1) opisana jest wzorem 

c t

L G s R s

L

k

s

Ts

k

e

t

t T

( )

( ) ( )

( )

=

=

+



=

1

1

1

1

[

]

(

)

(

)

/

1

  (3) 

Zauważmy, że wzmocnienie obiektu 

k

p

 nie wpływa na końcową wartość tej odpowiedzi. Dla 

sygnału wejściowego w postaci jednostkowego skoku prędkościowego, otrzymujemy 

c t

L G s R s

L

k

s

Ts

k t T

Te

t

t T

( )

( ) ( )

( )

=

=

+



=

+

1

1

2

1

[

]

(

)

[(

)

]

/

1

.      

(4) 

Wyznaczmy teraz końcową wartość uchybu e t

r t

c t

( )

=

( )

( )   w  każdym z rozważanych wyżej 

przypadków. W pierwszym przypadku - dla wejścia w postaci jednostkowego skoku 
położeniowego - końcowa wartość uchybu jest wartością skończoną; wartość  tę możemy 
obliczyć na podstawie danej transformaty uchybu. Mamy 

E s

s

k

s

Ts

k sT

s

Ts

( )

= −

+

= − +

+

1

1

1

1

(

)

(

)

 

 

 

 

 

(5) 

background image

 11 

Otrzymujemy zatem  e

sE s

k

s

( )

( )

∞ =

= −

lim

0

1

. Rozpatrywany układ nie wprowadza uchybu 

końcowego tylko wtedy, gdy 

k

=

1

. W drugim przypadku, dla wejściowego sygnału w postaci 

jednostkowego skoku prędkościowego zachodzi 

e t

t k t T

Te

t

k t kT kTe

t

t T

t T

( )

( )

( )

= −

+

=

+

[(

)

]

[(

)

]

/

/

1

1

1

.  

(6) 

Jak widać, jeżeli 

k

1

, uchyb  e t

( )  narasta nieograniczenie w miarę upływu czasu. Natomiast, 

w przypadku, w którym 

k

=

1

, wartość końcowa  e( )

 uchybu  e t

( )  istnieje. Korzystając z 

twierdzenia o wartości końcowej oryginału, obliczamy najpierw 

E s

s

T

s s

T

s s

T

( )

=

+

=

+

1

1

1

1

1

2

2

/

(

/ )

(

/ )

 

 

 

 

(7) 

a następnie  e

sE s

T

s

( )

( )

∞ =

=

lim

0

 
Przykład 5 (Całkowanie+ sprzężenie) 
Obiekt dynamiczny całkujący o operatorowej transmitancji 

G s

k

s

p

p

( )

=

/

 objęto pętlą 

proporcjonalnego ujemnego sprzężenia zwrotnego poprzez kanał o wzmocnieniu 

k

f

 (rys. 3.10 

Przykładu 4). Wyznacz widmową transmitancję  G j

(

)

ω

 układu zamkniętego. Zbadaj 

zależność trzydecybelowego pasma przenoszenia tego układu 

ω

3dB

 od 

k

f

. Niech 

ω

3

1

10

dB

rad s

=

, zaś dla 

ω

ω

=

01

3

.

dB

 zachodzi | (

)|

dB

dB

G j

ω

20

. Oszacuj na tej podstawie 

wartości parametrów 

k

p

 oraz 

k

f

.  

 
Rozwiązanie 
Operatorowa transmitancja rozważanego układu zamkniętego dana jest wzorem 

G s

k

Ts

( )

=

+

1

,     gdzie     

k

k

f

=

1

,     

T

k k

p f

=

1

   (8) 

A zatem widmowa transmitancja tego układu ma postać 

G j

G s

k

j T

k

T

e

s j

j

T

(

)

( )

arctg (

ω

ω

ω

ω

ω

=

=

+

=

+

=

1

1

2 2

)

  (9) 

Z wyrażenia opisującego moduł tej transmitancji wynika, że pasmo przenoszenia równa się 

ω

3

1

dB

=

, a zatem na podstawie wzoru (8) otrzymujemy 

ω

3dB

=

k k

p f

. Wynika stąd, iż jest 

to wielkość proporcjonalna do wzmocnienia kanału sprzężenia zwrotnego. Z kolei, ze wzoru 
wzoru (9) wynika, iż dla 

ω

ω

=

01

3

.

dB

 można przyjąć, że |

|

G j

k

(

)

ω ≈

. Dla założonych danych 

liczbowych otrzymujemy zatem 

k

k

f

=

1

01

/

.

, a następnie 

k

k

p

f

=

ω

3

100

dB

/

Przykład 6 (Człon inercyjny) 
Obiekt sterowania, będący członem inercyjnym pierwszego rzędu, sterowany jest za pomocą  
proporcjonalnego sterownika w układzie, którego schemat przedstawia się jak na rys. 3.11. 

c t

( )

k

r t

( )

d t

( )

+

s

1 +

1

 

Rys. 3.11.  Strukturalny schemat układu sterowania 

Zakładając, iż  r t

t

( )

=

0

, oraz przyjmując,  że do sygnału sterującego obiektem dodaje się 

zakłócenie  d t

t

( )

( )

= δ

, zbadaj wpływ tego zakłócenia na wielkość sterowaną  c t

( ) . 

 

background image

 12 

Rozwiązanie 
Zapiszmy zakłóceniową transmitancję rozważanego układu zamkniętego. Mamy 

C s
D s

k

s

( )

( )

=

+ +

1

1

(

)

 

 

 

 

 

 

 

(10) 

Dla założonego zakłócenia  D s

L

t

( )

( )

=

=

[

]

δ

1 wyznaczamy transformatę wielkości sterowanej 

C s

k

s

( )

=

+ +

1

1

(

)

 

 

 

 

 

 

 

(11) 

a następnie, po obliczeniu odwrotnej transformaty Laplace'a, otrzymujemy 

c t

e

t

k t

( )

( )

(

)

=

− +

1

1

Widzimy zatem, iż powiększając wzmocnienie 

k

 sterownika, powodujemy zwiększenie 

szybkości zaniku zakłóceniowej odpowiedzi impulsowej tego układu.