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

50112. Дослідження спектрального розподілу фотопровідності та пропускання напівпровідникових кристалів 229.5 KB
  Прилади і обладнання Монохроматор УМ2 джерело світла селеновий фотоелемент зразок напівпровідникового кристалу Опис установки Оптична схема експериментальної установки для дослідження спектрального розподілу фотопровідності пропускання та поглинання напівпровідникових матеріалів зібрана на базі монохроматора УМ2 рис.1 в окрему групу виділені основні елементи монохроматора. Світловий пучок що випромінюється джерелом світла 1 фокусується конденсорною лінзою 3 на вхідній щілині 6 монохроматора. Для одержання спектрального розподілу...
50114. Рух по діагоналі. Рух по колу. Команди та дії 83.5 KB
  Стройові вправи. Загальнорозвивальні вправи. Прикладні вправи. Стройові вправи.
50115. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ И ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ ПО КОЛЬЦАМ НЬЮТОНА 366.5 KB
  Закрепите ртутный фонарь высокого давления с двойным конденсором фокусное расстояние 60 мм держатель для линз с интерференционным фильтром устройство для получения колец Ньютона держатель для линз с линзой с фокусом 50 мм и полупрозрачный экран на расстоянии 40 см от линзы на оптической скамье. Затем в держатель для линзы вставьте желтый светофильтр. В экспериментальной установке значение радиуса кривизны плосковыпуклой линзы R = 121 м.
50117. Программирование задач с использованием операторов цикла (табуляции функции) 57.5 KB
  Цель: Получение практических навыков в использовании операторов цикла. Операторы цикла делятся на 3 вида: оператор с параметром с предусловием и с постусловием. Количество повторений цикла определяется начальным значением переменнойсчетчика и условием завершения цикла.
50118. Исследование влияния температуры на характеристики различных материалов и диодов 794 KB
  Существенное изменение сопротивления при изменении температуры обязательно должно учитываться при проектировании и эксплуатации различных электрических устройств и приборов электродвигатели конвейеры бурильные установки нагревательные устройства радиоэлектронные схемы и т. Единицей электрического сопротивления проводников служит Ом. Рассеяние приводящее к появлению сопротивления возникает в тех случаях когда в решётке имеются нарушения структуры. Поэтому любые микронеоднородности структуры препятствуют распространению электронных волн...
50119. Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела 141 KB
  Цель работы: 1 определить температуру металлической проволоки при протекании через нее электрического тока; 2 измерить удлинение проволоки при нагревании; 3 определить показатель коэффициента термического расширения. В данной работе экспериментально определяется коэффициент термического расширения твердого тела металлической проволоки. Из формулы [2] следует что для определения коэффициента необходимо знать начальную длину проволоки Lo изменение температуры dt и соответствующее изменение длины dL. Изменение длины проволоки можно...