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

57809. Річкова система, річковий басейн, вододіл. Елементи річкової долини. Пороги і водоспади 87 KB
  Мета: поглиблення та систематизація знань про річку; формування первинних практичних навичок визначати за картою напрямок течії річки знаходити частини річки ліві та праві притоки; виховувати бережливе ставлення до води.
57810. Римська релігія та культура 107 KB
  Після цього уроку учні зможуть: називати найвизначніші памятки та імена відомих діячів римської культури; давати стислу характеристику окремим памятникам архітектури; співставляти грецьких та римських богів...
57811. Місто Рим та життя його мешканців 123 KB
  Мета: сформувати уявлення про місто Рим та його мешканців, їхнє життя і побут, традиції та систему освіти й виховання; розвивати вміння добувати історичну інформацію з різних джерел працюючи в групах...
57812. Розв’язування систем рівнянь другого степеня із двома змінними 332.5 KB
  Мета: формувати вміння й навички розвязання систем рівнянь із двома змінними ІІго степеня графічним способом із використанням інформаційних технологій; розвивати навички роботи з компютером...
57813. Рівняння. Урок математики для 6 класу 479.5 KB
  Повторити відомості про рівняння; продовжити формувати вміння та навички учнів розв'язувати рівняння, переносячи доданки з однієї частини рівняння в іншу; застосовувати знання і уміння учнів при розв’язуванні нестандартних рівнянь; виявити якості знань і вмінь...
57814. Размножение и развитие растений 56 KB
  Цели урока: обобщение и систематизация знаний учащихся о вегетативном размножении цветковых растений о строении функциях и разнообразии генеративных органов растений цветок плод семя...
57815. Північно-Східна Русь у ХІІ - І пол. ХІV ст 222 KB
  Тип уроку: урок засвоєння нових знань умінь навичок Обладнання: підручник атлас роздатковий матеріал фрагменти фільму Олександр Невський компютерна презентація.
57816. Програмування в середовищі Scratch (Скретч) 265 KB
  Можна орієнтуватися в кольорах скриньок. Верно ли что в графическом редакторе Скретч нельзя сделать рисунок фона сцены вірно ні Чи Вірно що існує 7 способів запуску редактора зображень в Скретче вірно ні...
57817. Слухова сенсорна система 202.5 KB
  Вухо і слух з давнини цікавили вчених. Група Еволюціоністи Вперше орган слуху зявився у риб - це внутрішнє вухо яке знаходиться у кістках черепа через які звукові хвилі проникають у внутрішнє вухо.