36764

Исследование устойчивости линейных систем автоматического регулирования

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Пакет моделирования Mtlb. Теоретическая часть Согласно структурной схемы данной математической модели соответствует система дифференциальных уравнений третьего порядка: 1 и уравнение в матричной форме: 2 Характеристическая матрица этого уравнения имеет вид: 3 Соответствующий характеристический полином третьего порядка: р = р3 с1 р2 с2 р с3 4 где коэффициенты сi i = 13 определяются выражениями: с1 = k2 k5 c2 = k2 k5 k4 k3 k6 5 c3 = k2 k3 k6 k1 k4. При заданных величинах коэффициентов полинома...

Русский

2013-09-23

271 KB

20 чел.

ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»

КАФЕДРА КРЭМС( я 6 вариант)

Методическая разработка

для проведения лабораторной работы № 4

   по дисциплине  «Радиоавтоматика»   

наименование дисциплины

 тема занятия «Исследование устойчивости линейных систем     автоматического регулирования»    

наименование темы

Обсуждено на заседании кафедры

“___” _________200_ г., протокол № __

ТАМБОВ

2012


Лабораторная работа № 4

Тема: Исследование устойчивости линейных систем автоматического регулирования

Цель: Изучение свойств устойчивости линейных систем радиоавтоматики (ЛСРА) методами модельного эксперимента, получение навыков расчета параметров ЛСРА по условию обеспечения устойчивости и желаемых динамических характеристик.

Отводимое время: 2 часа

Литература:

Коновалов Г.В. Радиоавтоматика. Учебник для ВУЗов. – М.: Радиотехника, 2003., с. 72-85.

Вагапов В.Б., Кривицкий Б.К. Основы автоматики радиоэлектронного оборудования. – Киев: КВВАИУ, 1983., с.95-104.

Материальное и программное обеспечение занятия:

Компьютерный класс ПЭВМ.

Пакет моделирования Matlab.

Общие сведения о работе

Предмет исследования представлен структурной схемой на рис.1, которая содержит в прямой цепи параллельно соединенные инерционное и усилительное звенья и охваченные жесткой отрицательной обратной связью последовательно соединенные интегрирующее и инерционное звенья. Общая обратная связь системы – жесткая, отрицательная, с единичным коэффициентом усиления. Выходным параметром системы является сигнал у3, входным управляющий сигнал – хв. Вычислитель данной ЛСРА определяет ошибку стабилизации = х - у3. Назначение системы состоит в том, чтобы обеспечивать устойчивость переходных процессов и возможно более точное воспроизведение выходным сигналом задаваемых извне изменений входного сигнала.

Теоретическая часть

Согласно структурной схемы данной математической модели соответствует система дифференциальных уравнений третьего порядка:

(1)

и уравнение в матричной форме:

(2)

Характеристическая матрица этого уравнения имеет вид:

(3)

Соответствующий характеристический полином третьего порядка:

(р) = р3 + с1 р2 + с2 р + с3, (4)

где коэффициенты сi (i = 1,3) определяются выражениями:

с1 = k2 + k5,

c2 = k2 k5 + k4 (k3 + k6),     (5)

c3 = (k2 (k3 + k6) + k1) k4.

Согласно критерию устойчивости Гурвица исследуемая система будет устойчивой при положительности коэффициентов с1, с2, с3 и при выполнении неравенства

с1 с2  > с3      (6)

Полагаем, что коэффициенты k2, k3, k6 задаются разработчиком системы управления по своему усмотрению с учетом предъявляемых требований к виду переходных процессов и установившимся значениям ошибок стабилизации. Выбор значений коэффициентов k1, k4 , k5  подчиняется условию обеспечения динамических характеристик переходных процессов, соответствующих корням эталонного полинома

3(p) = (p2 + 2p + 2) (p + d) = p3 + d1 p2 + d2 p + d3.  (7)

С помощью коэффициентов , , d задаются желаемая продолжительность, колебательность и перерегулирование переходных процессов и вычисляются коэффициенты di эталонного полинома. При этом значения коэффициентов k1, k4 , k5 , входящих в модель объекта, определяются из условия равенства коэффициентов (7) и (4):

k5 = d + 2 - k2,

k4 = ((2p + 2) - k2 k5) / (k3 +k6),    (8)

k1= 2 d / k4 - k2 k6  - k2 k3.

При заданных величинах коэффициентов полинома (7), соответствующих приемлемому виду переходных процессов эталонной модели, исследуемая система управления с вычисляемыми по формулам (8) коэффициентами также будет иметь приемлемый вид переходных процессов. Использование правил эквивалентного преобразования структурных схем позволяет получить следующие переходные функции от входного воздействия х к изменению выходного сигнала:

   (9)

где  (p) определяется выражением (4). По коэффициентам этого полинома с помощью критерия Гурвица проверяется устойчивость замкнутой системы управления. Для проверки устойчивости с помощью критерия Найквиста необходимо использовать передаточную функцию разомкнутой системы:

    (10)

Порядок выполнения работы

1 Подготовка исследуемой схемы автоматической системы.

  1.  Запустить приложение Matlab.
  2.  После открытия основного окна Matlab запустить программу Simulink.
  3.  Затем, используя открывшееся окно обозревателя разделов библиотеки Simulink создать новый файл модели.
  4.  Расположить блоки в окне модели, для получения схемы модели, представленной на рис 1. Использовать для этого необходимые разделы библиотеки Simulink:
    •  Constant – блок постоянного напряжения, Ramp – блок линейно изменяющегося напряжения, Step – блок ступенчатой функции из библиотеки Sources — источники сигналов и воздействий;
    •  Integrator – блок интегрирующего звена, Transfer Fcn – блок инерционного звена из библиотеки Continuous – линейные блоки;
    •  Gain – блок усилительного звена, Sum – блок сумматора из библиотеки Math Operation – блоки математических операций;
    •  Scope – блок осциллографа из библиотеки Sinks - регистрирующие устройства;
  5.  Соединить все блоки,  в соответствии со схемой, представленной на рисунке 1.

Рис 1. Исходная схема модели.

  1.  Установить время наблюдения 40.0 секунд.
  2.  Установить параметры блока генератора ступенчатого сигнала, как показано на рисунке 2,  для чего двойным кликом левой кнопкой мыши на блоке открыть окно Source Block Parameters: Step – окно параметров блока генератора ступеньки. Установить значения параметров, в соответствии с рисунком 2. Закрыть окно кнопкой «ОК».
  3.  Установить параметры блока инерционного звена 1 и 2, для чего двойным кликом левой кнопкой мыши на блоке открыть окно Function Block Parameters: Transfer Fcn – окно параметров блока инерционного звена (рисунок 3). Установить параметры переменной Numerator coefficient – коэффициент числителя – равными K1 и K4, соответственно для первого и второго блока, а параметры переменной Denominator coefficient – коэффициент знаменателя – равными T_K2 и T_K5, соответственно для первого и второго блока.  Закрыть окна кнопкой «ОК».
  4.  Установить параметры блока усилительного звена 1 и 2, для чего двойным кликом левой кнопкой мыши на блоке открыть окно Function Block Parameters: Gain – окно параметров блока усилительного звена (рисунок 4). Установить параметры переменной Gain равными K3 и K6, соответственно для первого и второго блока. Закрыть окна кнопкой «ОК».
  5.  Установить параметры блоков сумматора Sum (рисунок 3), для чего двойным кликом левой кнопкой мыши на блоке открыть окно параметров блока сумматора – Function Block Parameters: Sum (рисунок 5). Установит значение параметра List of signs на |+-, по умолчанию стоит значение параметра |++.

 

Рис 2 Параметры блока генератора

Рис 3 Параметры блока

инерционного звена

 

Рис 4 Параметры блока

усилительного звена

Рис 5 Параметры блока

сумматоров

Схема модели (рисунок 1) должна принять вид (рисунок 6).

Рис 6 Схема модели

2 Исследование влияния параметров системы на качество переходных процессов.

Работа выполняется в соответствии с индивидуальным заданием. Варианты заданий приведены в таблице 1.

Таблица 1

пп

Значения параметров

K2

K3

K6

Т

1

0,4

2

0,5

0,3

0,1

2

0,7

1,7

1,4

0,4

0,2

3

1,1

0,8

0,7

0,5

0,3

4

2,4

0,2

1,8

0,6

0,4

5

1,7

0,8

0,6

0,7

0,5

6

0,8

2,1

1,3

0,8

0,6

7

0,2

1,5

2,3

0,9

0,7

8

0,8

0,6

1,8

1,0

0,8

9

2,1

1,3

0,9

1,1

0,9

10

1,5

2,3

1,4

1,2

1,0

11

0,6

1,8

2,2

1,3

1,1

12

1,3

0,9

0,9

1,4

1,2

13

2,3

1,4

0,6

1,5

1,3

14

1,8

2,2

1,3

0,3

1,4

15

0,8

0,9

2,3

0,4

1,5

Используя исходные данные необходимо получить графики переходных процессов исследуемой АС для случаев:

а) при фиксированных значениях коэффициентов модели и постоянной времени Т построить зависимости входного и выходного сигнала АС от времени регулирования для заданного диапазона значений декремента колебаний = 0,3…1,5.

б) при фиксированных значениях коэффициентов модели и декремента колебаний построить зависимости входного и выходного сигнала АС от времени регулирования для заданного диапазона значений постоянной времени Т = 0,1…2,0.

Для проведения исследований влияния параметров системы на качество переходных процессов необходимо выполнить следующие действия:

1. Создать m-файл, например Parametr.m.

2. В открывшемся окне (рисунок 7) внести данные, в соответствии со своим заданием.

Рисунок 7 Окно редактора m-файлов

3. Нажатием левой кнопкой мыши на кнопку пуск произвести расчеты вычисляемых параметров К1, К4, К5. При этом, в рабочей области приложения MATLAB должны появиться введенные и вычисленные значения коэффициентов К16 и значения параметров и Т (рисунок 8).

Рис 8 Значения параметров в рабочей области

4. Открыть окно модели и нажатием на кнопку Start simulation  произвести моделирование переходных процессов в модели. Двойным кликом на блоках осциллографа открыть окна осциллограмм сигнала на входе и выходе модели X(t) и Y(t) (рисунок 9). Для удобства отображения информации нажать на кнопку Autoscale  в панели инструментов соответствующих окон.

 

Рис 9 Осциллограммы процессов

5. Полученные осциллограммы перенести себе в отчет.

Изменяя параметры и Т в соответствии с пунктами а) и б) проделать аналогично пункты 2-5.

6. Сделать выводы о влиянии данных параметров системы на качество переходных процессов. Выводы занести в отчет.

3 Исследование линейной автоматической системы на устойчивость с использованием критерия Гурвица

Используя данные для значений коэффициентов схемы К16 и значения параметров и Т, полученные при выполнении пункта 2 данной работы и рассчитанные передаточные функции разомкнутой  и замкнутой АС провести исследование модели на устойчивость с применением критерия Гурвица.

Сделать выводы и занести их в отчет.

Оформленный отчет представить преподавателю на проверку.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по данной работе должен содержать:

  1.  Тему и цель работы;
  2.  Схему модели, исследуемой АС;
  3.  Предварительно рассчитанные  – передаточную функцию разомкнутой и  – замкнутой исследуемой АС;
  4.  Графики процессов на входе X(t) и выходе Y(t) системы и соответствующие им значения коэффициентов модели К16 при изменении параметров и Т;
  5.  Результаты расчетов устойчивости системы по критерию Гурвица в ходе выполнения пункта 3;
  6.  Выводы по пунктам работы.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75102. Реально ли стать футбольной знаменитостью, на примере голкипера С.В. Рыжикова 644 KB
  Объект исследования: футболисты действующих российских команд на примере представителя команды Рубин Казань Рыжикова С. Цель: выяснить возможность роста начинающего футболиста ДЮСШ в условиях малого города.
75103. Экологические проблемы автомобильного транспорта 61 KB
  Проблемы экологии: загрязнение атмосферы выхлопными газами автомобилей производств; истощение природных ресурсов; парниковый эффект; истончение озонового слоя; кислотные дожди; проблема частой пресной воды; почва; проблема мусора; проблема мирового океана; и др.
75105. История военной авиации в марках 637.5 KB
  Несколько лет назад я увидел у дедушки в шкафу несколько альбомов. Я подумал, что там хранятся фотографии и хотел их посмотреть. Но, дедушка засмеялся и открыл альбом. Там лежали маленькие кусочки бумаги. И я спросил, что это? И дедушка Слава начал рассказ.
75106. Мое родословие. История пяти поколений моей семьи в фотографиях, воспоминаниях и семейных преданиях 551 KB
  У них одна дочь - Светлана - моя мама. Шевчук Ананина Светлана Борисовна - моя мама. Моя мама - Шевчук Светлана Борисовна родилась 12 января 1971 года в г. И это правда бабушка работала до позднего вечера в дежурном магазине поэтому мама выросла в школе.
75108. История названия улицы Каюкова 117 KB
  Многим жителям посёлка Фабрика №2 известна улица Каюкова но мало кто знает что названа она в честь Каюкова Владимира Александровича. Каюкова Евдокия Петровна и Каюков Александр Андреевич Родился Каюков в Сухом Логу его родители вскоре переехали в село Курьи на улицу Путилова в домишко деда...
75109. Functional Stylistics 238 KB
  The subject of stylistics has so far not been definitely outlined. This is due to a number of reasons. First of all there is confusion between the terms style and stylistics. The first concept is so broad that it is hardly possible to regard it as a term.
75110. Лидерство и власть. Управление поведением: подкрепление, наказание, гашение 19.12 KB
  Лидерство и власть. Власть означает способность возможность влиять на поведение других людей людей с целью подчинить их своей воле. Власть позволяет руководителю распоряжаться действиями подчиненных направлять их в русло интересов организации побуждать сотрудников и более эффективной работе предотвращать возникающие в коллективе конфликты. Определение власти как организационного процесса подразумевает следующее: Власть существует у того кто может ее использовать потенциально т.