14686

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, СИНТЕЗИРОВАННОЙ МЕТОДОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ КОНТУРОВ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

абораторная работа №8 4 ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СИНТЕЗИРОВАННОЙ МЕТОДОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ КОНТУРОВ. Цель работы: изучение и практическое использование метода последовательной оптимизации контуров. 1. ОСН...

Русский

2013-06-09

132.5 KB

5 чел.

абораторная работа №8   4

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, СИНТЕЗИРОВАННОЙ МЕТОДОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ КОНТУРОВ.

Цель работы: изучение и практическое использование метода последовательной оптимизации контуров.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Во многих случаях объект регулирования содержит не одну или две, а большее число больших инерционностей, а также интегрирующие звенья.

Если применить для регулирования всего объекта только один регулятор, то сумма постоянных времени может оказаться весьма большой. В этом случае процесс регулирования будет протекать недопустимо медленно.

Кроме того, очень часто выдвигается требование регулировать не только один какой-то параметр, например частоту вращения привода, но еще и ту или иную вспомогательную величину (ток якоря, ускорение и т. п.). Только с помощью таких вспомогательных воздействий обычно удается с необходимой точностью управлять всем процессом.

Вспомогательное регулирование в большинстве случаев реализуется с помощью контуров, подчиненных главному (внешнему) контуру регулирования (рис. 1).

 Xзд   "O"        f1     f2

           Y1        Y

       

Рис. 1.

Здесь:  ,  - передаточные функции регуляторов контуров;

,  - передаточные функции участков объекта регулирования;

Y(t), Y1(t) - основная и вспомогательные регулируемые величины соответственно.

Первый, подчиненный (внутренний) контур регулирования представляет собой одноконтурную систему, включающую регулятор  и объект регулирования .

Второй, главный (внешний) контур регулирования включает регулятор  и объект регулирования "O". Объект регулирования "O" главного контура состоит из подчиненного контура и последовательно включенного с ним элемента с передаточной функцией . То есть для главного контура подчиненный ему контур в целом следует считать составной частью объекта регулирования.

Рассматриваемые системы автоматического регулирования называются системами подчиненного регулирования и являются многоконтурными системами.

Например, приводы подачи металлорежущих станков обеспечивают заданное перемещение инструмента и обрабатываемой детали по координатам X и Y. Структурные схемы систем автоматического регулирования перемещений по каждой из координат реализуются по двухконтурной схеме (рис.1). При этом основной регулируемой величиной является линейное перемещение, а вспомогательной - скорость этого перемещения.

Цель программного управления роботом заключается в обеспечении требуемой точности воспроизведения заданной программы движения (ПД) манипулятора. Эффективным способом управления манипуляционными роботами является сервоуправление по программе. В его основе лежит идея ПД с помощью сервоприводов, использующих обратную связь по фактическому состоянию манипулятора.

В современных промышленных роботах сервоуправление по программе обычно реализуется с помощью серийно выпускаемых сервоприводов с местными обратными связями по положению (основная) и по скорости (вспомогательная) регулируемые величины.

Таким образом, система управления сервоприводом представляет двухконтурную систему со структурной схемой, соответствующей схеме, приведенной на рис. 1. В рассматриваемом случае  - регулятор положения;  - регулятор скорости. При синтезе локального самоуправления звеном манипулятора обычно используют линейные пропорциональные (П), интегральные (И), дифференциальные (Д) регуляторы или их комбинации: пропорционально-интегральный (ПИ) или пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регуляторы.

1.1. Последовательная оптимизация контуров регулирования.

Параметры настройки регуляторов таких систем определяются путем последовательной оптимизации контуров. Под оптимизацией понимается приведение передаточной функции каждого замкнутого контура к виду, отвечающему требованиям, предъявляемым к переходному процессу.

Для того, чтобы по возможности упростить вид общей передаточной функции главного контура, целесообразно подобрать для приближенного описания подчиненного контура передаточную функцию инерционного звена 1-го порядка.

С этой целью рассмотрим передаточные и соответствующие им переходные функции оптимизированных контуров.

Передаточная функция подчиненного контура регулирования, настроенного по методу модального оптимума определяется уравнением:

  (1)

Здесь - сумма малых постоянных времени объекта регулирования . Соответствующая переходная характеристика системы является типичной для систем, настроенных по методу модального оптимума и представлена на рис. 2.

Y1(t)

Yэ(t)

     Y1max=4.3%

  Y1(t)        +2%

     Xзд

0.63 Xзд

          t/

   2  4  6  8

   tн=4.7

    tр=8.4

Рис. 2.

Сравним передаточную функцию (1) и соответствующую ей переходную характеристику (см. Рис. 2.) с аналогичными функциями инерционного звена 1-го порядка, для которого

 (2)

Отклонение переходной характеристики Y1(t) подчиненного контура регулирования, настроенного методом модального оптимума, от переходной характеристики инерционного звена с передаточной функцией (2) не очень велико.

Кроме того, положительная и отрицательная площади кривой "отклонение-время" равны друг другу, т.е. равен нулю линейный интеграл:

Поэтому, не делая большой ошибки, можно считать эквивалентной постоянной времени инерционного звена (2) величину

С учетом этого подчиненный контур регулирования, входящий в состав главного контура, можно заменить инерционным звеном 1-го порядка и преобразовать исходную структурную схему системы к виду, приведенному на рис. 3.

Xзд          Y

       

Рис. 3.

  1.  СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Работа предполагает выполнение моделирования двухконтурной системы автоматического регулирования с ПИ-регулятором при отработке задающего воздействия Xзд(t)=1(t) и возмущающих воздействий .

Структурная схема исследуемой системы автоматического регулирования приведена на рис.1.

Оба регулятора рассматриваемой системы регулирования являются пропорционально-интегральными (ПИ-) регуляторами и имеют передаточные функции вида:

Объект регулирования задан двумя передаточными функциями:

и

Варианты численных значений параметров передаточных функций объекта регулирования приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

№ варианта

Параметры объекта регулирования

T1

T2

T3

1

4.5

3

1.2

1.2

0.5

2

3.7

2.5

1.5

2.1

2.3

3

5.2

2.2

0.8

1.8

1.2

4

6.0

0.5

2.5

3.2

1.5

5

2.9

1.7

2.3

4.1

3.1

3. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1. Выполнить расчет параметров динамической настройки ПИ-регуляторов контуров регулирования в следующей последовательности:

- выполнить расчет параметров настройки  ПИ-регулятора подчиненного (внутреннего) контура регулирования по методу модального оптимума;

- выполнить расчет параметров настройки  ПИ-регулятора главного (внешнего) контура регулирования по методу модального или симметричного оптимума.

Расчет проводить с учетом эквивалентной структурной схемы (рис. 3.), к которой приводится исходная структурная схема системы после настройки подчиненного контура регулирования (см. Формулу (2)).

3.2. Составить программу моделирования на исходном языке пакета SIMULc. Предусмотреть вывод 2-х переходных процессов: по основной Y(t) и промежуточной Y1(t) регулируемым величинам.

3.4. Определить прямые показатели качества переходных процессов при настройках регулятора главного контура по методам модального и симметричного оптимумов.

3.5. Провести анализ полученных результатов.

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете должны быть приведены:

4.1. Структурная схема исследуемой системы автоматического регулирования.

4.2. Передаточные функции и числовые значения параметров звеньев исследуемой системы регулирования.

4.3. Исходный текст программы моделирования на входном языке пакета SIMULc.

4.4. Графики переходных процессов.

4.5. Выводы из анализа графиков.

5. ЛИТЕРАТУРА

1. В. А. Анхиммюк. Теория автоматического управления. - Мн.: Вышэйшая школа, 1979. - 350 с.

2. О. П. Ильин, К. И. Козловский, Ю. Н. Петренко. Системы программного управления производственными установками и робототехническими комплексами. Мн.: Вышэйшая школа, 1988. - 285 с.

3. А. В. Тимофеев. Адаптивные робототехнические комплексы. - Л.: Машиностроение. 1988. -332 с.

4. Ф. Фрер, Ф. Орттенбургер. Введение в электронную технику регулирования. - М.:Энергия, 1973-190 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84003. Космічна подорож. Закріплення знань про часові форми дієслова 37.5 KB
  Мета: формувати вміння учнів визначати час дієслів та змінювати дієслова за часами; спостерігати за роллю дієслів у реченні; збагачувати словниковий запас; розвивати мовлення; виховувати гордість за свою Батьківщину. Що називається дієсловом Як змінюються дієслова Як визначити час дієслова...
84004. РІД IМЕННИКIВ. ЗМІНЮВАННЯ IМЕННИКIВ ЗА ЧИСЛАМИ 96.5 KB
  Мета: - перевірити знання учнів про іменник, як частину мови, закріпити знання дітей про змінювання іменників за числами, повторити з учнями рід іменників, розвивати вміння правильно ставити рід у словах, повторити антоніми, збагачувати активний словник школярів, продовжувати роботу...
84005. Складання твору за картиною «Зима - чарівниця» 114 KB
  Мета: Ознайомити із темою уроку. Формувати вміння добирати найбільш влучні Прикметники під час складання твору. Розвивати зв’язне мовлення мислення, спостережливість. Удосконалювати чітко і повним реченням відповідати на запитання. Збагачувати словниковий запас. Виховувати любов до природи.
84006. Розвиток зв’язного мовлення. Твір «Моє місто» 133.5 KB
  Мета. Хід уроку Організація класу Актуалізація опорних знань Слово вчителя Діти послухайте вірш Моє місто Умань стародавнє. Яке місто названо у вірші З якої букви потрібно писати це слово На каліграфічній хвилинці повторимо правила написання букв У у букво сполучення із даними буквами.
84007. Навчальний переказ у формі прес-конференції 153.5 KB
  Мета: Вчити дітей передавати послідовно зміст зв’язного тексту. Розширити і збагатити знання учнів про сову, осмислити значення цієї пташки. Розвивати уяву, фантазію, спостережливість. Виховувати бережне ставлення до природи. Засобом рольової гри та нестандартним підходом...
84008. Общая характеристика эволюции управленческой мысли 19.83 KB
  Первобытно общинный рабовладельческий феодальный периоды. Индустриальный период. Период систематизации научно практических знаний. период связан с бурным развитием промышленности научные открытия и изобретения на фоне буржуазных революций.
84009. Школа научного управления и ее современные последователи 17.67 KB
  В основе учения этой школы лежат следующие принципы: использование научного анализа для определения оптимальных способов выполнения задач; отбор работников наиболее подходящих для выполнения определенных задач и их обучение; обеспечение работников необходимыми ресурсами; систематическое и правильное использование материального стимулирования для повышения производительности труда; выделение планирования в функцию управления; становление менеджмента как самостоятельной науки; формирование функций менеджмента. Следовательно школа научного...
84010. Теоретические воззрения Тейлора, «тейлоризм» 22.05 KB
  Тейлором 1856 1915 который возглавил движение научного управления. Он заинтересовался не эффективностью человека а эффективностью деятельности организации что и положило начало развитию школы научного управления. Благодаря разработке концепции научного управления менеджмент был признан самостоятельной областью научных исследований. В своих работах Управление циклом 1903 и Принципы научного менеджмента 1911 Ф.
84011. Теоретические взгляды Г.Л. Ганнта 23.47 KB
  Ганнт является первооткрывателем в области оперативного управления и календарного планирования деятельности предприятий; он разработал целую систему плановых графиков графики Ганнта позволивших благодаря его высокой информированности осуществлять контроль за запланированным и составлять календарные планы на будущее. К числу организационных изобретений Ганнта следует отнести его систему заработной платы с элементами повременной и сдельной форм оплаты. Многие идеи Ганнта получили признание во всем мире и применяются в наши дни например...