13494

СИНТЕЗ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ. ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ КОРРЕКЦИЯ

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа №11. Синтез систем автоматического регулирования. ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ КОРРЕКЦИЯ Дисциплина: ОПД.Ф.15. Теория автоматического управления 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Данная работа нацелена на приобретение студентами навыков синтеза САУ. Её целью является вы

Русский

2013-05-11

288 KB

17 чел.

Лабораторная работа №11.

Синтез систем автоматического регулирования.

ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ КОРРЕКЦИЯ

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

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Данная работа нацелена на приобретение студентами навыков синтеза САУ. Её целью является выбор значений параметров передаточного звена, обеспечивающих желаемые динамические и статические свойства САУ.

2. Краткие Теоретические сведения.

2.1 Синтез САУ.

Первой проблемой, которая решалась теорией автоматического регулирования, было обеспечение устойчивости автоматических систем. Позднее центральной задачей стало достижение необходимого качества регулирования. Систематизация и обобщение накопленных знаний привели к созданию методов научного проектирования (синтеза) систем с заданными показателями точности регулирования   и   быстродействия.

Под синтезом систем автоматического управления понимается задача выбора и расчета параметров специальных корректирующих устройств, обеспечивающих заданные статические и динамические характеристики системы автоматического управления.

В ТАУ можно выделить две характерные задачи:

1) в заданной САУ найти и оценить переходные процессы – это задача анализа САУ;

2) по заданным переходным процессам и основным показателям разработать САУ – это задача синтеза САУ.

Вторая задача сложнее в виду своей неоднозначности, многое определяется творческими способностями проектировщика. Поэтому обычно задачу синтеза САУ ставится ограниченно. Считается, что основная часть системы уже задана, что обычно имеет место. Требуется синтезировать корректирующие звенья, то есть выбрать их схему и параметры. При этом необходимо, чтобы в результате коррекции САУ обеспечивался требуемый запас устойчивости; точность управления в установившихся режимах и качество управления в динамических режимах.

Основными способами уменьшения статической ошибки системы являются:

1) изменение коэффициента передачи;

2) изменение постоянной времени звена САУ.

К достоинствам коррекции с помощью изменения коэффициента передачи можно отнести повышение быстродействия САУ, так как частота среза wСР увеличивается, следовательно, постоянная времени САУ – уменьшается.

При увеличении коэффициента передачи K с целью повышения точности необходимы мероприятия по повышению запаса устойчивости. Это главный недостаток такой коррекции.

При изменении постоянной времени различных звеньев возможны различные варианты её влияния. Например, для инерционных звеньев при увеличении постоянной времени звена, сопрягающая частота которого располагается левее частоты среза ср замкнутая САУ может стать устойчивой. Если бы она располагалась правее частоты среза, то это привело бы к уменьшению запаса устойчивости.

Влияние постоянной времени форсирующего звена обратное, то есть, если сопрягающая частота форсирующего звена располагается левее частоты среза, то увеличение его постоянной времени уменьшает запас устойчивости САУ, если правее, то запас устойчивости увеличивается.

2.2 Включение корректирующих устройств.

Когда устойчивость и необходимое качество не могут быть достигнуты простым изменением параметров системы (коэффициентов передачи, постоянных времени отдельных звеньев), тогда эта задача решается введением в систему дополнительных устройств,  называемых корректирующими. Корректирующее устройство включают в систему автоматического регулирования по-разному.

Корректирующее устройство можно включить последовательно, параллельно-согласно или параллельно-встречно (по схеме с обратной связью).

Последовательное корректирующее устройство с передаточной функцией WП включается обычно после предварительного усилителя. На рис.1а предварительный усилитель имеет передаточную функцию W3, выходной каскад усилителя - W2, исполнительный элемент - W1.

Рис. 1,а - Последовательное корректирующее устройство.

Параллельно-согласное корректирующее устройство с передаточной функцией WПС (рис.1б) может иногда при меньшей сложности обеспечить нужное преобразование сигнала. Например, для коррекции свойств САУ часто требуются дифференцирующие и форсирующие звенья, которые конструктивно очень сложны. В то же время параллельно-согласное включение предварительного усилителя (W3 = K3) и простого апериодического звена с передаточной функцией  позволяет  реализовать функцию реального форсирующего звена. Такое соединение можно заменить эквивалентным форсирующим звеном с передаточной функцией

 

где

Рис. 1,б - Параллельно-согласное корректирующее устройство.

Наибольшими возможностями в плане коррекции свойств САУ обладает корректирующее устройство с передаточной функцией WПВ, включенное по схеме с отрицательной или положительной обратной связью, охватывающей одно из звеньев САУ, как правило, исполнительный элемент или выходной каскад усилителя (усилитель мощности) (рис.1в). Такие обратные связи называются местными. При этом передаточная функция эквивалентного звена:

Рис. 1,в – Встречно-параллельное корректирующее устройство.

Обычно передаточную функцию выходного каскада усилителя W2 выбирают из условия |W2WПВ| >> 1 в широком диапазоне частот, поэтому WЭКВ1/WПВ.

То есть свойства участка цепи с параллельно-встречным включением корректирующего устройства определяются только свойствами данного корректирующего устройства. Это основное достоинство данного способа включения. Влияние плохих свойств, какого либо необходимого для САУ звена, например, его нелинейности, могут быть практически полностью устранены.

Местные корректирующие обратные связи делятся на жесткие и гибкие  обратные связи .

Жесткая обратная связь действует на систему, как в переходном, так и в установившемся режиме, то есть WЖ(0)0. Она реализуется безынерционным или инерционным звеном:

.

Гибкая обратная связь действует только в переходном режиме, она реализуется либо дифференцирующим, либо реальным дифференцирующим звеном:

.

Например, если интегрирующее звено WИ = KИ/p охвачено жесткой обратной связью звеном WЖ = KЖ, то

,

где KЭКВ=1/KЖ, TЭКВ=1/(KИKЭКВKЖ). То есть жесткая обратная связь превращает интегрирующее звено в апериодическое. В случае гибкой обратной связи звеном WГ = KГp получаем

,

где .

То есть гибкая обратная связь не изменяет структуру интегрирующего звена, но уменьшает его коэффициент передачи.

Таким образом, даже простейшие обратные связи способны существенно изменить свойства типовых динамических звеньев. Еще больший эффект дают сложные отрицательные и положительные обратные связи. Если основные элементы регулятора по своей природе позволяют создать обратную связь, то динамические свойства этих элементов часто могут быть изменены в нужном направлении.

2.3 Синтез корректирующих устройств.

Корректирующие устройства синтезируют на основании требований к свойствам САУ. Для этого необходимо знать передаточную функцию реальной САУ WРЕАЛ, которая чем то не удовлетворяет разработчика, и желаемую передаточную функцию WЖЕЛ, которой должна обладать САУ в результате корректировки ее свойств.

При синтезе корректирующих устройств сначала определяю передаточную функцию возможного последовательного корректирующего устройства исходя из соотношения: WП=WЖЕЛ/WРЕАЛ. Затем выясняют, при каких передаточных функциях параллельно-согласного WПС и параллельно-встречного WПВ корректирующих устройств будет получен тот же эффект. После этого решают, какое из них более целесообразно и проще создать. При этом исходя из рис.1 можно записать:

WЖЕЛ = WWП = W1W2.(W3 + WПС) = W(1 + WПС/W3) = W/(1 + W2WПВ),

где W = W1W2W3.

Из этого соотношения можно определить формулы перехода от одного корректирующего устройства к другому.

3. ПОРЯДОК выполнения работы.

3.1. Рассмотреть примеры коррекции свойств исходной замкнутой САУ (рис.2), передаточная функция которой в разомкнутом состоянии:

.

Рис. 2 – Замкнутая САУ.

Используя программу MATLAB построить разомкнутую САУ с заданной передаточной функцией (разбив её на три передаточных функции апериодического звена).

3.2 Изменение коэффициента передачи.

3.2.1. Путём изменения коэффициента передачи построить ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы и переходные процессы замкнутой системы (К = 10…50, при T1 = 0,5 c, T2 = 0,02 c, T3 = 0,002 c).

3.2.2. По ЛАЧХ и ЛФЧХ используя критерий Найквиста определить устойчивость САУ.

3.2.3. По переходным процессам определить время переходного процесса и перерегулирования САУ.

3.2.4. Дать сравнительную оценку по изменению статической ошибки ε при различных коэффициентах передачи.

 

3.3. Изменение постоянной времени звена САУ.

3.3.1. Путём изменения постоянной времени построить ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы и переходные процессы замкнутой системы (T1 = 0,5…2,5 c, T2 = 0,02…0,1 c, T3 = 0,002…0,01 c, при К = 10).

3.3.2. По ЛАЧХ и ЛФЧХ используя критерий Найквиста определить устойчивость САУ.

3.3.3. По переходным процессам определить время переходного процесса и перерегулирования САУ.

3.3.4. Дать сравнительную оценку по вышеуказанным показателям при различных постоянных времени.

4. Вопросы для защиты лабораторной работы.

1. Какие характерные задачи решаются при проектировании САУ?

2. Что называется синтезом САУ?

3. Как включаются корректирующие устройства?

4. Что называется местными обратными связями и для чего, они служат?

5. В чем особенности гибкой и жесткой обратных связей? Как они реализуются?

6. Как улучшить динамические свойства САУ, если сам объект управления имеет плохие динамические показатели?

7. Что называется синтезом корректирующих устройств?

8. Как влияет на динамические и статические свойства САУ увеличение коэффициента усиления регулятора?

9. Как отразится на динамических свойствах САУ увеличение постоянной времени самого инертного звена?

10. Как отразится на динамических свойствах САУ увеличение постоянной времени самого динамичного звена?

11. Как отразится на динамических свойствах САУ уменьшение постоянной времени самого инертного звена?

12.  Как отразится на динамических свойствах САУ уменьшение постоянной времени самого динамичного звена?

  1.  Литература:
    1.  Власов К.П. Теория автоматического управления. Учебное пособие. Х.: Изд-во Гуманитарный центр, 2007. − 256 с. − ISBN 966-8324-33-1
    2.  Сенигов П.Н. Теория автоматического управления: Конспект лекций. – Челябинск: ЮУрГУ, 2001 - 93с.

 

 6 -


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31039. История постсоветской России 51.5 KB
  Распад СССР означал для России резкое сокращение экономического потенциала и обороноспособности страна оказалась отодвинутой на северовосток в глубь Евразии потеряв половину морских портов и торговый флот на западе Прибалтика и юге Украина Закавказье. Он давал соседям России возможности использовать в своих интересах ее неожиданную и временную слабость и на переговорах шел на значительные уступки особенно Соединенным Штатам. В конце 1991 начале 1992 Ельцин сделал специальное заявление что ядерные ракеты отныне не направлены на США...
31040. Проблемы славянского этногенеза. Восточные славяне: територия, хозязствово, быт, культура, религия 33 KB
  Восточные славяне: територия хозво быт культура религия. Славяне относятся к одной из самых многочисленных групп индоевропейских народов. Как самостоятельные народы начали свое существование греки латины славяне и др. Тогда же оформились три славянские ветви: западные славяне поляки чехи словаки южные болгары сербы хорваты и др восточные русские украинцы белорусы.
31041. Центры зарождения славянской государственности. Полемика историков вокруг проблемы образования Древнерусского гос-ва. Политика первых правитиелей Руси: Олега, Игоря, Ольги, Святослава 31.5 KB
  Главными проблемами являются вопросы о причинах возникновения госва Русь кто такие русыи откуда взялось название страны Русь кто были варяги. Немецкие ученые Байер и Миллер считали что слово русь означало название варяжского племени пришедшее с Рюриком что Древнерусское госва было создано норманнамиварягами. Название русь он связал с древним народом сарматамироксаланами и с названием реки Рось. В современной отечественной и зарубежной науке большинство ученых склоняется к мнению о скандинавском происхождении термина русь.
31042. Русь при Владимире 1 и Ярославе Мудром. Внешняя и внутренняя политика. Крещение и распространение христианства на Руси 31 KB
  Русь при Владимире 1 и Ярославе Мудром. шла междоусобица сыновей Святослава которую выиграл Владимир9801015. При Владимире завершилось объединение восточнославянских земель. При Владимире в Древнерусское госво вошли червенские земли земли радимичей северных угрофинов и др.
31043. Древнерусское общество и государство в 9-12 веках 31 KB
  Завещание разделило русскую землю на уделы. Это означало окончательный распад Руси на уделы. Постепенно малые бедные окраины стали превращаться в цветущие и сильные уделы. Многие уделы он сконцентрировал в руках своих сыновей.
31044. Тенденции развития различных древнерусских земель в 12 – начале 13 веков. Крупнейшие княжества и земли 33 KB
  Условной датой начала раздробленности на Руси считают 1132г когда умер Мстислав сын Мономаха и раздрася вся русская земля. Время раздробленности на Руси тянулось с начала 12века по147080г. На юге и юговостоке Руси неособо любили метсное боярство поэтому занятие киевского престола всякий раз обуславливалось сочетанием борьбы. В Западной Руси сильны были федеративные тенденции.
31045. Русь в международных отношениях 11-13веков: отношения с Великой Степью, Византией и Западной Европой 30.5 KB
  Первая встреча русских с монголотатарами произошла 31 мая 1223г. Впоследствии установилась зависимость русских земель от державы Батыя продлившаяся для СевВост Руси до 1480г а для Южной до 1362г. Эти 2 победы были очень важны: они прервали череду поражений русских для церкви же особенно было важно недопущение католического влияния на русских землях.
31046. Альтернативы объединительных процессов на Руси. Центры объединения русских земель в 14-15веках. Московская и Литовская Русь 31 KB
  Альтернативы объединительных процессов на Руси. Главными центрами объединения Руси выступили в 14в. Но реализовать свой шанс на объединение всей Руси этому княжеству не удалось во многом решающую роль здесь сыграли религиозные противоречия и сближение Литвы с Польшей что впоследствии преобразится в Речь Посполитую1569г. В Москву же была перенесена резиденция митрополита всея Руси.
31047. Природа социально-политического строя Московской Руси в 15-16веках. Российское гос-во при Иване 3 и Василии: органы централизованого и местного управления, доктрина Москва – Третий Рим, нарпавленность внешней политики 30 KB
  Российское госво при Иване 3 и Василии: органы централизованого и местного управления доктрина Москва Третий Рим нарпавленность внешней политики. москвичи осадили Тверь и с этого момента ученые обычно отсчитывают историю единого Московского госва. При Иване 3 уделов не стало он оказался государем всея Руси. Для централизованных стран харрно: сильный гос аппарат в центре чиновничество единое войско законодательство суд единообразное налогооблажение.