тх1 = – 2х1 +х2 + х3 (10)

Если момент сопротивления используемого механизма является стационарным случайным процессом со спектром

то для простейшего случая = 1 переменная х3 и ее производная х4 будут удовлетворять уравнениям:

Система трех дифференциальных уравнений (10)—(12) является математической моделью электропривода как объекта управления. Колебания частоты вращения можно уменьшить за счет регулятора с обратной связью. Пусть в этом регуляторе управляющее воздействие х2 формируется в функции от остальных переменных по закону:

х2 = -X1– 2х3 —х4 (13)

Тогда система четырех уравнений (10), (12), (13) является математической моделью замкнутой системы управления. Уравнения (10)—(12) типичны для многих электроприводов, а формируя управляющее воздействие в виде (13) мы следуем известным рекомендациям А. М. Летова. Для удобства дальнейших расчетов мы округлили параметры электропривода до целых чисел, но в целом система уравнений (10), (12), (13) отражает вполне типичную практическую ситуацию.

Исследуем устойчивость этой системы и влияние на устойчивость изменений параметра m– механической постоянной времени электропривода. Если текущее время t, входящее в уравнения (10), (12), (13), измерять в долях механической постоянной времени, то номинальное значение параметра m будет равно единице, но в ходе эксплуатации электропривода возможен, разумеется «дрейф» этого параметра и отклонение его от значения m = 1.

Устойчивость замкнутой системы зависит от корней характеристического полинома (т. е. от «собственных значений» системы), а характеристический полином системы (10), (12), (13) равен легко вычисляемому определителю:

Мы убеждаемся, что характеристический полином замкнутой системы имеет три корня (три «собственных значения»):

(один из корней — кратный) и эти корни отрицательны для всех т в диапазоне

Таким образом, замкнутая система устойчива и сохраняет устойчивость не только при малых, но и при больших отклонениях параметра т от номинального значения т = 1.

Решения системы уравнений (10), (12), (13) имеют вид

где C1, C2, C3 — постоянные интегрирования. Для х2, х3, х4 формулы аналогичны. Мы убеждаемся, что отклонение х быстро затухает с течением времени. Система устойчива для любых т> 0 .

Однако момент сопротивления х3 и особенно его производную х4 очень трудно непосредственно измерить и ввести в канал обратной связи. Поэтому целесообразно исключить из уравнения объекта управления и регулятора переменные х и х путем эквивалентных преобразований. Проделав их, придем к уравнениям (где

является символом оператора дифференцирования):

[mD3 + (2 + 2 m)D2 + (4 + m)D + 2]x1 = (D +1)2 x2  (16)

[mD2 + (2 + 2m)D + 5]x1 = (D + 1)x2 (17)

Уравнение (16) является уравнением объекта управления, уравнение (17) — уравнением регулятора, который на этот раз для формирования управляющего воздействия х2 использует легко доступную для непосредственного измерения переменную х1.

Для исследования устойчивости системы (16)—(17) достаточно найти корни ее характеристического полинома.

И вот здесь исследователей подстерегала трудность, которая надолго задержала правильный ответ о причинах техногенных катастроф, связанных с «аналитически сконструированными» регуляторами, и укоротила жизнь А. М. Летова: если вычислять характеристический полином системы (16)—(17) по общим математическим правилам как определитель:

то он, как легко проверить, будет равен определителю (14) и мы снова должны будем сделать вывод о том, что замкнутая система устойчива и сохраняет устойчивость при «дрейфе» параметра m .