13493

КОРРЕКЦИЯ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ САУ

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа №10. Тема: КОРРЕКЦИЯ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ САУ Дисциплина: ОПД.Ф.15. Теория автоматического управления 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Эта работа нацелена на приобретение студентами навыков анализа и синтеза САУ : 1 определение характеристик С...

Русский

2013-05-11

209.5 KB

16 чел.

Лабораторная работа №10.

Тема: «КОРРЕКЦИЯ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ САУ»

Дисциплина: ОПД.Ф.15. «Теория автоматического управления»

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Эта работа нацелена на приобретение студентами навыков анализа и синтеза САУ :

1) определение характеристик САУ, которые необходимо скорректировать;

2) обеспечение точности (уменьшение статической ошибки) САУ;

3) выбор значений параметров регулятора, обеспечивающих желаемые динамические свойства САУ;

4) подтверждение (путем моделирования) того, что в результате введения корректирующего устройства (регулятора) САУ приобрела желаемые свойства.

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Коррекция статических и динамических свойств САУ имеет своей целью повышение статической и динамической точности отработки системой задающего воздействия (или парирование возмущающего воздействия), повышение запасов ее устойчивости. Наиболее распространенными способами коррекции свойств САУ является изменение коэффициента усиления ее разомкнутой части, введение в САУ новых звеньев (как правило, интегрирующего или дифференцирующего типа), охват объекта управления местной обратной связью.

2.1. Коррекция статических свойств САУ

Статические свойства системы определяется величиной установившейся ошибки  вызванной действием задающего воздействия  и определяемой по формуле

  (1)

Величины  называются коэффициентами ошибок и определяются по формулам:

(2)

где - передаточная функция САУ по ошибке управления, равная

        (3)

      - передаточная функция разомкнутой САУ.

Основными способами уменьшения статической ошибки системы являются:

1) увеличение коэффициента усиления прямого тракта системы;

2) введение в прямой тракт система интегрирующих звеньев;

3) охват объекта управления местной неединичной положительной обратной связью.

Представим структурную схему системы в виде, изображенном на рис.1 где через  обозначена передаточная функция неизменяемой части системы

   (4)

Здесь и далее полагается, что  - изменяемый коэффициент усиления регулятора системы.

Первые два коэффициента ошибок  и  определяется выражениями:

       (5)

      (6)

Из (5) и (6) с учетом (1) вытекает, что с увеличением K статическая ошибка в системе уменьшается и наоборот, с уменьшением K статическая ошибка в системе увеличивается.

Введем в прямой тракт системы одно интегрирующее звено (рис.2). В этом случае  .

Так как  то система на рис.2 является астатической (с астатизмом первого порядка). Система имеет нулевую статическую ошибку при отработке постоянного задающего воздействия  и постоянную, обратно пропорциональную K, ошибку  при отработке линейно изменяющегося воздействия  .

   g(t)         ε(t)    y(t)     g(t)         ε(t)           y(t)

 Рис. 1      Рис. 2

Охватим неизменяемую часть системы  местной неединичной положительной обратной связью с коэффициентом усиления  (рис.3). Тогда эквивалентная передаточная функция  неизменяемой части системы равна

(7)

Если коэффициент усиления K выбрать из условия

        (8)

то свободный коэффициент полинома знаменателя  

обратится в нуль и  приобретает интегрирующие свойства:

 (9)

Следовательно, замкнутая система становится астатической (с астатизмом 1-го порядка). Отсюда =0, а коэффициент  будет равен

         (10)

     Wэкв(s)

 g(t)  ε(t)      y(t)

     

    Рис. 3

2.2. Коррекция динамических свойств САУ

Улучшение динамических свойств САУ заключается в увеличении быстродействия САУ (уменьшении времени регулирования tрег), уменьшении перерегулирования  (см. рис.4), а также увеличении запасов устойчивости по фазе  и по модулю (см. лабораторную работу УТС-2). При этом

  

где -максимальное значение переходной характеристики замкнутой САУ ;

      - установившееся значение .

Время регулирования tрег - минимальная величина, при которой удовлетворяется условие:

   

где  - заданная величина ошибки (обычно =0,05).

          h(t)

          2δ

        hуст

        hmax

           t

         tрег

    Рис. 4

Одним из эффективных средств достижения этой цели является уменьшение отрицательных фазовых сдвигов в прямом тракте системы путем охвата неизменяемой части системы местными отрицательными обратными связями.

На рис. 5 R(s) представляет собой передаточную функцию регулятора САУ, которая считается заданной.

     Wэкв(s)

g(t)  ε(t)   u(t)           y(t)

    Рис. 5

Пусть неизменяемая часть системы представляет собой апериодическое звено первого порядка, т.е.

      (11)

Тогда передаточная функция  эквивалентного объекта управления равна

    (12)

где и  - коэффициент усиления и постоянная времени эквивалентного объекта, равные:

     (13)

           (14)

Из (14) следует, что соответствующим выбором  постоянную времени

эквивалентного объекта можно уменьшить в (1+) раз по сравнении с постоянной времени  объекта без местной обратной связи. Тем самым уменьшаются отрицательные фазовые сдвиги, вносимые прямым трактом системы, что приводит к увеличению запасов устойчивости системы. При этом, однако, уменьшается в (1+) раз коэффициент усиления  эквивалентного объекта по сравнению с коэффициентом усиления  объекта без местной обратной связи. Это нежелательно, так как приводит к уменьшению быстродействия системы вследствие уменьшения общего коэффициента усиления прямого тракта системы. В этом случае с целью обеспечения необходимого быстродействия системы увеличивают коэффициент усиления регулятора.

3. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

3.1. При исследовании способов коррекции статических свойств САУ в качестве исходных данных выступают передаточная функция  неизменяемой части системы вида 

     (15)

и задающие воздействия вида

   а)      б)

в соответствии с задаваемым преподавателем вариантом работы (см. таблицу).

В процессе выполнения этой части работы студенты должны:

  1.  путем моделирования на РС исходной САУ (рис. 6) получить

графики

2) сравнить полученную таким образом экспериментальную величину  с теоретической, вычисленной по формула (1);

3) применяя описанные в теоретической части методических указаний способы коррекции статических свойств (см. п.2.1), обеспечить требуемую статическую ошибку  системы при отработке задающего воздействия

4) получить графики  и  в скорректированной системе для

а)     б).

5) сравнить время регулирования   и перерегулирование   в исходной и скорректированной системах при  

3.2. При исследовании рассмотренного способа коррекции динамических свойств САУ (см. п. 2.2) в качестве исходных данных выступают передаточная функция  неизменяемой части системы вида (15) и передаточная функция регулятора вида

        (16)

Задающее воздействие .

В процессе выполнения данной части работы студенты должны:

  1.  получить путем моделирования на РС графики ,  в системе

(рис. 7);

2) определить время регулирования  и перерегулирование , а также запасы устойчивости в исходной системе;

3) применяя описанный выше способ коррекции динамических свойств САУ, найти экспериментально (путем последовательного перебора) значение , обеспечивающее в системе заданные преподавателем показатели качества (,)и запасы устойчивости (при необходимости увеличить коэффициент);

4) получить графики , , а также ЛАХ и ЛФХ разомкнутой системы в скорректированной САУ.

g(t)      ε(t)   y(t)      g(t)  ε(t)      u(t)           y(t)

 Рис. 6      Рис. 7

        Таблица

         № варианта

Параметры

1

2

3

4

5

6

7

8

a

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

K0

1

2

3

4

5

6

7

8

           T, c

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

ξ

0,6

0,7

0,8

0,8

0,7

0,9

0,5

0,4

0

0

0,05

0

0,10

0,07

0

0

          tрег , c   ≤

1,3

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,0

          , %   

0

10

10

5

5

5

0

0

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

  1.  Цель работы.

2. Структурные схемы исследуемых систем.

3. Полученные графики и характеристики.

4. Расчётная часть.

5. Основные выводы.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дать определение статической и астатической САУ.

2. Какими структурными свойствами системы определяется порядок ее астатизма?

  1.  Какой из двух приведенных выше способов придания системе свойств астатизма 1-го порядка наиболее предпочтителен на практике?

4. Назовите основные показатели качества САУ. Поясните их смысл.

5. В чём суть исследуемого способа коррекции динамических свойств САУ?

Назвать другие способы коррекции динамических свойств САУ.

6. Чем вызваны отрицательные фазовые сдвиги в неизменяемой части САУ?

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Власов К.П. Теория автоматического управления. Учебное пособие. Х.: Изд-во Гуманитарный центр, 2007. − 256 с. − ISBN 966-8324-33-1

2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М. : Наука, 1975.

3. Воронов А.А. Основы теории автоматического управления. Ч.1.

- М.: Энергия, 1965.

4. Основы теории автоматического управления /Под ред.           

Н.Б. Судзиловского. - М. : Машиностроение, 1985.

5. Красовский А.А., Поспелов Г.С. Основы автоматики и технической кибернетики. - М.: Госэнергоиздат. 1962.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28921. Культурное строительство в СССР (1921-1941 гг.) 40.5 KB
  Советский период это сложное и противоречивое явление в развитии не только нашей истории но и культуры. Отличительной особенностью советского периода истории культуры является огромная роль в ее развитии партии и государства. Государство взяло на себя финансирование всех отраслей культуры: образование материальнотехническое обеспечение все виды искусства установив строжайшую цензуру над литературой театром кинематографом учебными заведениями и т. В спецхранилищах оказались произведения писателей художников и других представителей...
28922. Советское государство и мир (1921-1941 гг.) 43.5 KB
  Согласно ему СССР поддерживал коммунистическое национально-освободительное движение в мире; прагматической концепции мирном сосуществовании государств с различным общественным строем. В результате СССР в основном сумел преодолеть состояние дипломатической изоляции. Япония развязала боевые действия против СССР и Монголии в районе реки ХалхинГол. для СССР стала реальной угроза войны на два фронта.
28923. Первый период ВОВ. Перестройка страны на военный лад 23.5 KB
  Начало войны стало катастрофой для Красной Армии. Обескровленная репрессиями и в результате оперативностратегических промахов уже за первые три недели войны Красная Армия потеряла около 850 тыс. Преодолев шок первых месяцев войны правящий режим СССР смог использовать такие преимущества как сверхцентрализация управления огромные природные и людские ресурсы обеспечив предельное напряжение всех сил народа. В результате в первые полгода войны несмотря на трудности связанные с немецким наступлением летомосенью 1941 удалось эвакуировать на...
28924. Коренной перелом в ходе войны и ее победоносное завершение. Значение Великой Победы 23.5 KB
  Коренной перелом в ходе войны и ее победоносное завершение. явилось периодом коренного перелома в ходе Великой Отечественной войны. Вопервых в этот период Красная Армия окончательно вырвала инициативу военных действий из рук врага и закрепила за собой до конца войны; вовторых наша армия провела большое летнее наступление против армий противника и тем самым похоронила фашистский миф о том что советские войска будто бы неспособны вести успешное наступление в летнее время; втретьих в этот период Красная Армия осуществляла массовое изгнание...
28925. Завершение Второй Мировой Войны 21 KB
  На конференции было решено не ограничивать сроки оккупации Германии для управления которой создавался союзный контрольный совет. В дни Потсдамской конференции произошло еще одно событие которому было суждено оказать серьезное влияние на послевоенную историю мира. На этой конференции американский президент Г. в соответствии с обязательствами принятыми на Ялтинской конференции СССР объявил Японии войну.
28926. Смутное время, его причины и последствия 28 KB
  Это первая в истории России гражданская война В апреле 1605 года царь Борис Годунов умер трон перешел к его сыну Федору В июне 1605 года Лжедмитрий с огромным войском вступил в Москву. Лжедмитрий 1 щедро раздавал деньги и земли дворянству чтобы заручиться его поддержкой был деятельным и энергичным. Шуйским подняли народ против поляков Лжедмитрий 1 был убит. В 1607 году появляется новый самозванец Лжедмитрий II личность которого так и не была установлена.
28927. Приход к власти в России царской династии Романовых. Становление российского абсолютизма 28.5 KB
  21 февраля казаки ворвались на заседание Земского собора и потребовали избрать царем 16летнего Михаила Федоровича Романова сына патриарха Филарета родственника царя Федора Ивановича. Избрание Михаила не было случайностью: один из бояр писал что Михаил молод разумом еще не дошел и будет нам удобен; отсутствие у Михаила ярких талантов жесткого характера устраивало всех: страна устала от жестокости и хотела осторожной политики; избрание Михаила обещало всеобщее согласие и спокойствие; царская власть опять становилась...
28928. Причины и основные этапы установления крепостного права в России 22.25 KB
  Причины и основные этапы установления крепостного права в России Крепостничество представляет собой любую зависимость крестьян от землевладельца запрет менять прописку и хозяина. установившая правило €œЮрьева дня€ осенний праздник представляющий собой определенный и очень ограниченный срок перехода крестьян к другому землевладельцу после расчета с прежним. вводятся €œзаповедные лета€ в течение которых даже установленный переход крестьян запрещался. писцовые книги стали документальным основанием в процессе прикрепления крестьян.
28929. Петровская модернизация России, ее особенности и значение для дальнейшего развития страны 38 KB
  Это был верховный орган управления страной состоящий из девяти человек назначаемых царем. Каждая коллегия ведала определенной отраслью управления. была изменена система местного управления. Главную роль в системе управления играл царь Петр I.