» » » Математические модели электромеханических систем в пространстве состояний

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)=(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=, x3=. 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 tt0, если известны начальные значения: i(t0), ec(t0) и входное напряжение e(t) при tt0, 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 , , , .


скачать dle 11.0фильмы бесплатно
загрузка...

Внимание! Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.