Referat.me

Название: Математические модели электромеханических систем в пространстве состояний

Вид работы: реферат

Рубрика: Математика

Размер файла: 49.84 Kb

Скачать файл: referat.me-216933.docx

Краткое описание работы: Способы получения уравнений состояния реальных физических объектов ничем не отличаются от способов описания этих объектов с помощью дифференциальных уравнений. Уравнения состояния записываются на основе физических законов, положенных в основу работы объекта.

Математические модели электромеханических систем в пространстве состояний

2. Математические модели электромеханических систем в пространстве состояний

Способы получения уравнений состояния реальных физических объектов ничем не отличаются от способов описания этих объектов с помощью дифференциальных уравнений. Уравнения состояния записываются на основе физических законов, положенных в основу работы объекта.

Рассмотрим электромеханическую систему, состоящую из двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, работающего на инерционную нагрузку с вязким трением. Управляющим воздействием для двигателя считаем напряжение на якоре U(t), выходной координатой, угол поворота вала двигателя y(t)=j(t). Уравнение электрической цепи имеет вид

,

где - противо ЭДС, - угловая скорость вала двигателя, - единый электромагнитный коэффициент.

Уравнение моментов будет иметь следующий вид

,

где , J - момент инерции нагрузки, приведенный к валу двигателя, f - коэффициент вязкого трения.

Выберем следующие переменные состояния: х1 =i, x2 =w, x3 =j.

Получим

,

.

Запишем эти уравнения относительно переменных , ,

,

,

,

.

Запишем матричные уравнения

,

,

где

, , .

Рассмотрим структурную схему электромеханической системы с двигателем постоянного тока, работающего на инерционную нагрузку с вязким трением.

Рис. 2.1. Структурная схема электромеханической системы с двигателем постоянного тока

Запишем уравнение состояния для механической системы, представляющей собой груз массой m, подвешенный на пружине и соединенный с гидравлическим демпфером. К грузу приложена сила P(t), выходная переменная перемещения x(t), управляющие воздействия U(t)=P(t). Уравнение движения груза получаем из уравнения равновесия сил

,

где - инерционная сила, f - коэффициент вязкого трения, - сила сопротивления демпфера, - сила сопротивления пружины.

Выбираем в качестве переменных состояния x(t) и - перемещение и скорость перемещения соответственно.

Рис. 2.2. Механическая система, включающая в своем составе пружину, массу и вязкий демпфер

Так как дифференциальное уравнение имеет второй порядок, то и количество переменных состояния будет равно двум. Исходное уравнение движения груза можно записать в виде двух уравнений

где U(t)=P(t) - управляющее воздействие.

Добавим к этим уравнениям следующее уравнение выхода

.

Эти уравнения представляют собой уравнения состояния приведенной механической системы. Запишем эти уравнения состояния в матричном виде

,

.

Запишем это уравнение в другом виде

,

,

где , , , , .

С данным уравнением состояния можно сопоставлять следующую структурную схему, где двойными линиями показаны векторные переменные.

Рис. 2.3. Структурная схема

Пример: Рассмотрим электрическую цепь и получим уравнение состояния RLC цепи

Рис. 2.4. RLC цепь

Динамическое поведение этой электрической системы полностью определяется при t³t0 , если известны начальные значения: i(t0 ), ec (t0 ) и входное напряжение e(t) при t³t0 , следовательно, эта система полностью определяется переменными состояния i(t) и ec (t). При указанных переменных состояния i(t) и ec (t) имеем следующие уравнения

где , .

Введем следующие обозначения

В соответствии с этими обозначениями получаем

причем .

Следовательно, для электрической цепи запишем эту систему в векторно-матричном виде

,

.

Запишем матричные уравнения

,

,

где , , , .

Похожие работы

  • Имитационная модель системы автоматизированного проектирования абстрактного этапа реализации устройств управления

    Для дискретных систем управления интерпретируемых конечными автоматами предложена система их проектирования в виде параллельно функционирующих стандартных компонентных автоматов.

  • Ультразвук и измерения дальности

    Ультразвук (УЗ) – упругие колебания и волны, частота которых превышает 15 – 20 кГц. Нижняя граница области УЗ-вых частот, отделяющая ее от области слышимого звука, определяется субъективными свойствами человеческого слуха и является условной.

  • Исследование изменения технического состояния систем при их эксплуатации

    При эксплуатации любой технической системы происходит взаимодействие ее элементов между собой, а также с рабочей и окружающей средой. Такое взаимодействие приводит к изменению геометрические параметров элементов.

  • Математическая модель системы в переменных пространства состояний

    МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМ В ПЕРЕМЕННЫХ ПРОСТРАНСТВА СОСТОЯНИЙ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ Математическая модель системы в переменных пространства состояний имеет вид

  • Замечательное уравнение кинематики

    В предлагаемой статье рассмотрена возможность расширения сферы применения кинематических уравнений для решения задач механики. Показана возможность переноса метода составления простейших уравнений движения.

  • СМО с отказами

    СМО с отказами (задача Эрланга) Рассматривается N-канальная СМО с отказами: λпотерь λобслуживания υ υ υ λ Любая заявка может быть обслужена любым свободным каналом. Если все каналы заняты, заявка немедленно получает отказ в обслуживании и покидает систему (теряется).

  • Методы подобия и моделирования с привлечением физических уравнений

    Преобразования уравнений, нахождение соответствующих критериев подобия. Подобие стационарных и нестационарных физических полей. Масштабные преобразования алгебраических и дифференциальных уравнений. Моделирование задач с начальным и граничным условиями.

  • Дифференциальные уравнения линейных систем автоматического регулирования

    Определение динамических свойств объектов с помощью дифференциальных уравнений для сравнительно простых объектов. Выражение входной и выходной величины элемента в долях, введение безразмерных координат. График кривой разгона, коэффициент усиления.

  • Математическая экономика

    Понятия, результаты, методы М. э. удобно и принято излагать в тесной связи с их экономическим происхождением, интерпретацией и практическими приложениями. Особенно существенна связь с экономической наукой и практикой.

  • Математическое моделирование 2

    Занятие 2 Содержание занятия: Математическое моделирование. 1 Классификация математических моделей. 2 Математические модели с сосредоточенными параметрами. 2