Глава 2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ ЛИНЕЙНОЙ СИС0-ТЕМОЙ
План лекции:
1.Преобразование сигналов линейной системы «вход-выход»
2.Операционный метод анализа линейных систем.
2.1. Соотношение «вход-вывод»
Системный подход, широко используется для описания процессов, происходящих в технических устройствах (и не только в технических), является наиболее общим методом построения математических моделей с возможностью предсказания результата на заданное воздействие. Технологический процесс может состоять из ряда этапов, или звеньев, описываемых тем или иным дифференциальным уравнением (системой дифференциальных уравнений». Если дифференциальное уравнение линейное, то и система называется линейной. Система, не являющаяся линейной, может быть в ряде случаев ……неорудована ( ). Звено системы осуществляет преобразованное одного процесса, называемого входным воздействием, в другой, называемый выходным реакцией или преобразователем «вход-вывод». Взаимодействия между звеньями определяет уже структуру системы.
2.2. Операционный метод анализа линейных систем
Пусть для описания линейных систем может быть построено линейное дифференциальное уравнение
. (2.2)
Вводя в рассмотрение оператор дифференцирования , запишем уравнение (2.1) в операторной форме
, (2.3)
где ;
.
Тогда называется операторной передаточной функцией или оператором звена ( ).
Известно, что оператор Лапласа при нулевых начальных условиях
, обладаем ………..
.
Подействуем оператором Лапласа на обе части уравнения (2.3): , где
,
, откуда легко видеть, что комплексное передаточная функция звена находится как отношение
-образов входа и выхода при нулевых начальных условиях.
.
Она может быть получена из операторий заменой оператора дифференцирования на комплексную переменную .
Таким образом, передаточная функция
является рациональной дробью с действительными коэффициентами ,
. Эта функция аналитическая и ограниченном в правой полуплоскости, а ее полюсы расположены в левой полуплоскости или на нижней оси. Передаточная функция зависит от комплексной частоты
; в частности, если
,
, где
называют амплитудной характеристикой, а
- фазовой характеристикой. Функция
характеризует уменьшение амплитуды синусоидального сигнала с частотой
при прохождении его через систему, а
описывает соответствующее смещение фазы того сигнала.
Функцию называют амплитудно-частотной характеристикой звена.
Если - финишная передаточной функции
, то
, где
,
, откуда
, что дает явное выражение для преобразования вход-вывод через весовую функцию звена
, с помощью которой взвешиваются значения входной переменной в целом в момент
для того, чтобы суммируясь, сформировать значение выхода в текущий момент
.
С помощью этого соотношения легко рассчитать реакцию на любое входное воздействие.
Особый интерес представляет случай, когда это входное воздействие имеет вид функции Хевисайда, т.е. един…. Слайд:
.
Реакцию звена на такое воздействие называют со переходной функцией , а ее изображение, очевидно,
.
Уместно отметить, что в случае тождественного пре….дования справедливо соотношение
,
так что - функция есть весовая функции тождественно преобразования.
Итак, любая из функций ,
,
полностью характеризует функционирование звена как преобразование вход-выход при нулевых начальных условиях.
Контрольные вопросы:
1.Определить передаточную функцию звена.
2.Что называется весовой функцией звена?
3.Запишите преобразования «вход-выход» в виде свёртки весовой функции и входного воздействия.
4.Что представляет собой реакция звена на единичный скачок?