Дифференциальные уравнения и описание непрерывных систем

Содержание:

Содержание 2

1. Появление дифференциальных уравнений при описании систем управления 3

2. Элементы теории дифференциальных уравнений 4

2.1. Понятие дифференциального уравнения 4

2.2. Нормальная система дифференциальных уравнений 4

2.3. Задача Коши 5

2.4. Свойства дифференциальных уравнений 6

2.5. Ломаная Эйлера и e-приближенное решение 6

2.6. Непрерывная зависимость решений от начальных условий и параметров 7

2.7. Линейные дифференциальные уравнения 8

2.7.1. Нормальная линейная система дифференциальных уравнений 8

2.7.2. Общее решение линейной однородной системы 9

2.7.3. Определитель Вронского. Формула Лиувилля 9

2.7.4. Линейная неоднородная система. Метод вариации произвольных постоянных 10

2.7.5. Формула Коши 12

2.7.6. Линейное уравнение n-го порядка 13

2.7.7. Линейное однородное дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами 14

2.7.8. Линейное неоднородное дифференциальное уравнение 15

3. Дифференциальные уравнения при описании непрерывных систем 16

3.1. Составление и линеаризация дифференциальных уравнений элементов системы 16

3.2. Понятие пространства состояний 18

3.3. Описание непрерывных систем с помощью системы дифференциальных уравнений 18

3.4. Описание систем переменными состояния 19

3.5. Понятие наблюдаемости системы 19

3.6. Понятие управляемости системы 20

3.7. Описание непрерывных систем с помощью одного дифференциального уравнения 21

3.8. Переход от системы дифференциальных уравнений к одному уравнению 22

3.9. Переход от одного уравнения к системе дифференциальных уравнений 22

Список литературы 24

1. Появление дифференциальных уравнений при описании систем управления

Любая система автоматического регулирования представляет совокупность отдельных взаимодействующих друг с другом элементов, соединенных между собой связями. Первым этапом при составлении дифференциальных уравнений систем автоматического регулирования является разделение системы на отдельные элементы и составление уравнений этих элементов. Эти уравнения могут быть интегральными, линейными, трансцендентными, но чаще всего это оказываются дифференциальные уравнения. Дифференциальные уравнения элементов и уравнения связей между отдельными элементами описывают процесс в системе, то есть изменение по времени всех координат системы.

Состояние системы, а также каждого входящего в нее элемента характеризуется некоторым числом независимых переменных. Этими переменными могут быть как электрические величины (ток, напряжение и т. д.), так и механические (скорость, угол поворота и т. д.). Обычно, чтобы характеризовать состояние системы или ее элемента, выбирают одну обобщенную координату на входе системы или элемента и одну – на выходе. Будем обозначать входную величину g(t), а выходную x(t). В ряде случаев такое представление невозможно, так как система или ее элемент могут иметь несколько входных и выходных величин. В многомерных системах можно рассматривать векторные входную и выходную величины с размерностями, совпадающими соответственно с числом входных и выходных элементов системы.