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

34293. Оплодотворение 27 KB
  Начало оплодотворения момент слияния мембран сперматозоида и яйцеклетки окончание оплодотворения момент объединения материала мужского и женского пронуклеусов. III стадия проникновение самый активный сперматозоид проникает головкой в яйцеклетку сразу после этого в цитоплазме яйцеклетки образуется оболочка оплодотворения которая препятствует полиспермии. Условия необходимые для оплодотворения: концентрация сперматозоидов в эякуляте не менее 60 млн в 1 мл; проходимость женских половых путей;...
34294. Особенности человека как объекта генетических исследований 778.5 KB
  Вопервых у человека не может быть произведено искусственного направленного скрещивания в интересах исследователя. Наконец изучение генетики человека затрудняется наличием в его геноме большого числа групп сцепления генов 23 у женщин и 24 у мужчин а также высокой степенью фенотипического полиморфизма связанного с влиянием среды. Все перечисленные особенности человека делают невозможным применение для изучения его наследственности и изменчивости классического гибридологического метода генетического анализа с помощью которого были открыты...
34295. Охрана природных экосистем. Формы природоохранной деятельности. Правовые основы охраны природы. Значение охраны природы для здоровья человека 14.43 KB
  Правовые основы охраны природы. Значение охраны природы для здоровья человека. Охрана природных экосистем совокупность мероприятий направленных на поддержание природы планеты в состоянии соответствующем эволюционному уровню биосферы её живого вещества а также человека. Национальный парк Памятник природы Красная книга Правовые основы охраны природы.
34296. Пол и его возникновение 24 KB
  Одновременно и определение пола закономерно переходит от генного у гермафродитов к хромосомному у раздельнополых форм начиная видимо с рыб и геномному у пчел. В ходе онтогенеза определение пола может происходить в момент оплодотворения хромосомные механизмы а также контролироваться внутренними гормоны и или внешними факторами. Определение пола можно представить в виде эстафеты которую хромосомный механизм передает недифференцированным гонадам развивающимся в мужские или женские половые органы. После рождения эстафета переходит к...
34297. Репаративная регенерация, её значение. Способы репаративной регенерации. Типичная и атипичная регенерация. Особенности восстановительных процессов у млекопитающих. Значение регенерации для биологии и медицины 18.51 KB
  Морфаллаксис влечет за собой перегруппировку оставшейся части организма. Нередко связан с дальнейшим значительным разрушением оставшейся части и завершается формированием из этого материала целого организма или органа. Если условия будут меняться то возникает реакция организма. В результате изменений: сохранение постоянства внутренней среды поддержание целостности организма.
34298. Регенерация. Регенерация у животных и человека 43 KB
  В большей степени регенерация присуща растениям и беспозвоночным животным в меньшей позвоночным. Регенерация в медицине полное восстановление утраченных частей. Регенерация у животных и человека образование новых структур взамен удалённых либо погибших в результате повреждения репаратинпая регенерация или утраченных в процессе нормальной жизнедеятельности физиологнческая регенерация; вторичное развитие вызванное утратой развившегося ранее органа.
34299. РЕГЕНЕРА́ЦИЯ 34 KB
  Иногда при регенерации вместо нормального числа пальцев образуется их больше или вместо одного хвоста вырастает два или три. Часто способность к регенерации стоит в связи с защитной способностью отбрасывать органы в момент опасности вследствие сильного сокращения мышц например защемленную лапку придавленный хвост и т. Благодаря физиологической регенерации поддерживается структурный гомеостаз и обеспечивается возможность постоянного выполнения органами их функций. Во многих тканях существуют специальные камбиальные клетки и очаги их...
34300. Смерть как биологическое явление 114 KB
  Интенсивность смертности мужчин в зависимости от их возраста Швеция На неизменяемость скорости старения в конкретной популяции людей в течение XX в. несмотря на существенное повышение жизненного уровня указывают например данные об абсолютном возрастном приросте интенсивности смертности мужчин Швеции с 1900 по 1980 г. Швеция: 1 интенсивность смертности мужчин в возрасте 40 лет 2 то же в возрасте 30 лет 3 скорость старения мужчин в возрастном интервале 30 40 лет Сделанное заключение хорошо согласуется с теми изменениями которые...