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

11078. Понятие комфортных условий трудовой деятельности 21.75 KB
  Понятие комфортных условий трудовой деятельности Условия в которых трудится человек влияют на результаты производства производительность труда качество и себестоимость выпускаемой продукции. Производительность труда повышается за счет сохранения здоровья чел...
11079. Загрязнение регионов техносферы токсическими веществами 29.54 KB
  Загрязнение регионов техносферы токсическими веществами Регионы техносферы и природные зоны примыкающие к очагам техносферы постоянно подвергаются активному загрязнению различными веществами и их соединениями. Атмосферный воздух всегда содержит некоторое кол
11080. Воздействие вредных веществ на человека и среду обитания 32.39 KB
  Воздействие вредных веществ на человека и среду обитания Для создания нормальных условий труда необходимо обеспечить не только комфортные метеорологические условия но и необходимую чистоту воздуха. Вследствие производственной деятельности в воздушную среду пом
11081. Общая классификация чрезвычайных ситуация. Общая характеристика чрезвычайных ситуаций природного характера, классификация 24.79 KB
  Общая классификация чрезвычайных ситуация. Общая характеристика чрезвычайных ситуаций природного характера классификация Всю совокупность возможных чрезвычайных ситуаций целесообразно первоначально разделить на конфликтные и бесконфликтные. К конфликтным пр...
11082. Геофизические и геологические чрезвычайные ситуации 18.25 KB
  Геофизические и геологические чрезвычайные ситуации Землетрясения Это подземные толчки и колебания поверхности Земли вызванные естественными причинами главным образом тектоническими процессами или иногда искусственными процессами взрывы заполнение водохра
11083. Метеорологические и агрометеорологические чрезвычайные ситуации 155.5 KB
  Метеорологические и агрометеорологические чрезвычайные ситуации Опасное метеорологическое явление это природное явление возникающее в атмосфере под действием различных природных факторов или их совокупности могущее оказать поражающее воздействие на людей орга
11084. Морские гидрологические, гидрологические и гидрогеологические чрезвычайные ситуации 18.85 KB
  Морские гидрологические гидрологические и гидрогеологические чрезвычайные ситуации Морские гидрологические опасные явления Тропический циклон циклон образовавшийся в тропических широтах атмосферный вихрь с пониженным атмосферным давлением в центре. В отличи...
11085. Природные пожары. Поражения сельскохозяйственных растений болезнями и вредителями 23.19 KB
  Природные пожары. Поражения сельскохозяйственных растений болезнями и вредителями Природные пожары. Природные пожары: лесные пожары; пожары степных и хлебных массивов; торфяные пожары; подземные пожары горючих ископаемых. Лесные пожары опасны ...
11086. Общая характеристика чрезвычайных ситуаций техногенного характера, классификация. Пожары, взрывы на объектах экономики. Способы прекращения огня 23.35 KB
  Общая характеристика чрезвычайных ситуаций техногенного характера классификация. Пожары взрывы на объектах экономики. Способы прекращения огня. Чрезвычайные ситуации техногенного характера Техногенные чрезвычайные ситуации связаны с производственной деятельн...