Книга предназначена для широкого круга специалистов в области автоматики, занимающихся исследованием и наладкой автоматических систем, а также проектированием аппаратуры для экспериментального исследования таких систем.
Книга может быть также полезна аспирантам и студентам старших курсов втузов, специализирую щимся в области автгматики, вычислительной и измерительной техники.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава первая. Частотные характеристики линейных и эквивалентные характеристики нелинейных автоматических систем и их элементов..... 9
1-1. Вынужденные колебания и частотные характеристики линейных
автоматических систем....................... —
1-2. Частотные характеристики типовых звеньев........... 18
1-3. Логарифмические частотные характеристики линейных автоматических систем .......................... 34
1-4. Частотные характеристики автоматических систем с модуляцией.................................. 54
1-5. Эквивалентные характеристики нелинейных элементов и нелинейных автоматических систем.........'.'....... 68
Глава вторая. Методы экспериментального определения частотных характеристик автоматических систем и их элементов при синусоидальном входном воздействии ........................• ¦ 89
2-1. Связь между измеряемыми сигналами на входе и выходе исследуемого объекта и его частотными характеристиками ..... —
2-2. Метод определения частотных характеристик по зарегистрированным колебаниям на входе и выходе исследуемого объекта 96
2-3. Метод непосредственного измерения амплитуды и фазового
сдвига колебаний на входе и выходе объекта .......... 103
2-4. Метод измерения мгновенных значений сигнала на выходе исследуемого объекта........................... 107
2-5. Метод синхронного детектирования................ ПО
2-6. Компенсационный метод экспериментального определения частотных характеристик объектов................. 113
2-7. Определение частотных характеристик линейных и нелинейных
автоматических систем методом гармонического анализа .... 124
2-8. Приборы для экспериментального определения частотных характеристик автоматических систем методом гармонического анализа............................... 133
Глава третья. Методы экспериментального определения частотных характеристик автоматических систем и их элементов при негармонических входных воздействиях....................... 155
3-1. Исследование автоматических систем в режиме автоколебаний — 3-2 Определение частотных характеристик линейных объектов при
типовом периодическом воздействии на входе.......... 157
3-3. Определение частотных характеристик линейных объектов по
кривым переходного процесса при непериодическом входном
воздействии.............................. 160
3-4. Статистический метод определения частотных характеристик
автоматических систем....................... . 178
1*
3
Глава четвертая. Инфранизкочастотные генераторы синусоидальных колебаний ................................... 184
4-1. Основные требования, предъявляемые к генераторам...... —
4-2. Электромеханические генераторы................. 186
4-3. Электронный генератор с ограничением амплитуды колебаний 192
4-4. Электронный генератор с релейным управляющим элементом 202
Глава пятая. Примеры экспериментального исследования линейных и нелинейных автоматических систем и их элементов.......... 222
5-1. Экспериментальное определение частотных характеристик отдельных элементов автоматических систем ............ —
5-2. Экспериментальное определение частотных характеристик замкнутых и разомкнутых автоматических систем.......... 230
5-3. Пример расчета линейной системы по экспериментальным частотным характеристикам ....................... 233
5-4. Примеры исследования нелинейных автоматических систем по
экспериментальным частотным характеристикам......... 237
Литература ............................... 247
ПРЕДИСЛОВИЕ
При проектировании современных высококачественных систем автоматического управления и регулирования находят применение различные методы анализа и синтеза линейных и нелинейных, систем, разработанные в теории автоматического регулирования.
В настоящее время наиболее широкое распространение получили методы исследования автоматических систем по частотным характеристикам.
На основе частотных представлений разработаны удобные инженерные методы синтеза корректирующих цепей (В. В. Солодовников [Л. 1-3], Г. Честнат и Р. Майер [Л. 4], А. В. Фатеев [Л. 5], В. А. Бе-секерский [Л. 6]), а также предложены приближенные методы построения переходных процессов в линейных автоматических системах по частотным характеристикам (В. В. Солодовников [Л. 7, 3], А. А. Воронов [Л. 8, 9], Н. Т. Кузовков [Л. 10]).
На основе принципа гармонической линеаризации Н. М. Крылова и Н. Н. Боголюбова [Л. 11, 12] разработаны приближенные методы исследования нелинейных автоматических систем (Л. С. Гольдфарб [Л. 13, 14], Е. П. Попов [Л. 15, 16]). Частотные методы получили развитие также для анализа и синтеза релейных и импульсных систем (Я. 3. Цыпкин [Л. 17, 18]).
В последнее время частотные методы стали применяться для анализа автоматических систем с цифровыми вычислительными устройствами.
Таким образом, одним из основных достоинств частотных методов анализа и синтеза автоматических систем является их универсальность. Существенное значение при использовании частотных методов имеет также и то обстоятельство, что исходные данные для анализа системы в ¦ виде частотных характеристик могут быть получены не только расчетным, но и экспериментальным путем.
Расчетный путь определения частотных характеристик многих современных автоматических систем часто сопряжен со значительными трудностями, обусловленными сложностью самой системы или сложностью определения параметров и уравнений, связывающих входные и выходные величины элементов, входящих в систему. Сложность и трудоемкость расчетов особенно проявляется в тех случаях, когда элементы исследуемой системы работают на несущей частоте или
имеют нелинейные характеристики. Поэтому в настоящее время все большее внимание уделяется методам экспериментального определения частотных характеристик как линейных, так и нелинейных автоматических систем и их элементов.
Однако широкое внедрение в инженерную практику методов расчета автоматических систем по экспериментальным частотным характеристикам ограничивается из-за явно недостаточного количества специальной аппаратуры, предназначенной для экспериментального определения частотных характеристик автоматических систем и их элементов.
Подобная аппаратура должна обладать рядом специфических особенностей по сравнению с широко распространенной аппаратурой для исследования различных систем в диапазоне звуковых и высоких частот.
Следует также отметить, что среди многочисленных книг по теории автоматического регулирования можно назвать лишь немногие [Л. 19, 20], в которых в достаточной мере нашли свое отражение методы экспериментального определения частотных характеристик автоматических систем и вопросы проектирования соответствующей аппаратуры.
В периодической литературе за последние годы вопросам экспериментального определения частотных характеристик линейных и нелинейных автоматических систем уделяется все большее внимание. Однако в статьях, опубликованных в отечественных и иностранных журналах, как правило, приводится только описание тех или иных приборов без анализа применяемых методов измерения и сравнительной оценки их с другими методами. Поэтому читателю часто бывает трудно оценить достоинства и недостатки того или иного метода измерения или конкретного прибора.
В настоящей работе сделана попытка систематизировать различные методы экспериментального определения частотных характеристик систем, дать описание этих методов и показать их возможности при исследовании линейных и нелинейных автоматических систем.
Значительное внимание в работе уделяется рассмотрению путей реализации,различных методов измерения в конкретной аппаратуре, а также вопросам проектирования генераторов инфранизкочастотных синусоидальных колебаний, используемых в аппаратуре для экспериментального определения частотных характеристик автоматических систем.
Материал книги разбит на пять глав. •
В первой главе приводятся основные понятия о частотных характеристиках обычных линейных автоматических систем, систем с модуляцией и нелинейных автоматических систем.
При включении в книгу материала первой главы авторы считали целесообразным обратить внимание читателей на особенности расчета и определения частотных характеристик систем с модуляцией и нелинейных систем, по сравнению с обычными линейными системами.
В связи с этим в первую главу включены отдельные вопросы, изложение которых можно найти в литературе по теории линейных систем автоматического регулирования.
На базе материала первой главы идет изложение в последующих главах книги.
Во второй главе рассмотрены методы экспериментального определения частотных характеристик линейных и нелинейных автоматических систем при гармоническом входном воздействии.
Методы исследования линейных автоматических систем при негармонических входных воздействиях изложены в третьей главе.
В этих главах, наряду с описанием и анализом возможностей различных методов экспериментального определения частотных характеристик автоматических систем, указываются пути реализации этих методов, а также приводятся наиболее типичные примеры соответствующей аппаратуры.
В четвертой главе описываются различные методы генерирования инфранизкочастотных синусоидальных колебаний. Особое внимание уделено принципу действия и анализу схем электронных генераторов.
В пятой главе рассмотрены примеры экспериментального определения частотных характеристик линейных и нелинейных автоматических систем и отдельных элементов, а также примеры исследования систем по экспериментальным частотным характеристикам.
Для отдельных разделов книги авторы использовали материал, опубликованный в отечественной и иностранной литературе, а также личный опыт по разработке аппаратуры для экспериментального определения частотных характеристик автоматических систем, генераторов инфранизкочастотных синусоидальных колебаний и опыт по экспериментальному исследованию частотных характеристик различных автоматических систем.
Авторы выражают благодарность А. В. Фатееву, В. И. Анисимову и Ф. Ф. Котченко за ценные советы при просмотре рукописи и помощь, оказанную при разработке различных вариантов аппаратуры для экспериментального определения частотных характеристик автоматических систем, а также В. В. Семенову, сделавшему ряд полезных замечаний при рецензировании рукописи.
Все пожелания и замечания по содержанию книги просьба направлять по адресу: Ленинград 41, Марсово поле, 1, Л. О. Госэнергоиздата.
Авторы
Цена: 150руб.
