39820

Анализ автоматических систем регулирования

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Теория автоматического управления делится на: анализ АСР известны параметры блоков их характеристики при этом необходимо определить поведение системы качество регулирования. синтез АСР заключается в нахождении параметров блоков АСР регулятора при заданных показателях качества. АСР могут находиться в двух режимах: Статический все воздействия внутренние и внешние постоянны во времени реальные АСР практически редко находятся в статическом режиме. Для упрощения расчётов АСР проводят линеаризацию ведь как правило поведение...

Русский

2013-10-08

362 KB

7 чел.

Лекция 4.

Анализ автоматических систем регулирования.

Целью рассмотрения систем автоматического регулирования может быть решение одной из двух задач – задачи анализа системы и задачи синтеза. В первом случае дается система, включая значения параметров, и требуется определить ее свойства. Во втором случае, наоборот, задаются свойства, которыми должна обладать система, т.е. требования к ней, и необходимо создать систему, удовлетворяющую этим требованиям.

Теория автоматического управления делится на:

  •  анализ АСР– известны параметры блоков, их характеристики, при этом необходимо определить поведение системы (качество регулирования).
  •  синтез АСР заключается в нахождении параметров блоков АСР (регулятора) при заданных показателях качества.

Очевидно, что задача синтеза много сложнее задачи анализа уже из-за ее неоднозначности.

В самом общем виде порядок исследования АСУ в обоих случаях включает математическое описание системы, исследование ее установившихся режимов и исследование переходных режимов.

АСР могут находиться в двух режимах:

  1.  Статический - все воздействия (внутренние и внешние) постоянны во времени, реальные АСР практически редко находятся в статическом режиме.
  2.  Динамический или переходный режим начинается сразу после изменения, какого- либо воздействия. Основной целью ТАУ, является исследование динамического режима.

Математическое описание системы начинается с разбиения ее на звенья и описания этих звеньев. Последнее может осуществляться либо аналитически в виде уравнений, связывающих входные и выходные величины звена, графически в виде характеристик, описывающих ту же связь. По уравнениям  или характеристикам отдельных звеньев составляются уравнения или характеристики уравнений в целом, на основании которых и исследуется система.

Для математического описания систему разбивают на звенья, исходя из удобства получения этого описания. Для этого систему следует разбивать на возможно более простые звенья, но вместе с тем необходимо, чтобы они обладали направленностью действия.

Звеном направленного действия называется звено, которое передает воздействие только в одном направлении – со входа на выход, так, что изменение состояния какого-либо звена не влияет на состояние предшествующего звена, работающего на его вход.

В ряде задач отличие от линейности бывает столь незначительным, что даже в сравнительно большом диапазоне отклонений систему можно считать линейной. В случае же ярко выраженной нелинейной зависимости линеаризация будет справедлива лишь на соответствующем более узком участке отклонений. Линеаризация может быть совершенно недопустимой при скачкообразных зависимостях (релейные характеристики). Такого рода зависимости называется существенно нелинейными. К ним также относятся неоднозначные характеристики типа гистерезиса.

Важно отметить следующее. Если по указанным причинам не может быть подвергнуто линеаризации уравнение только одного звена системы, то производить линеаризацию всех остальных нелинейных зависимостей, оставляя только одну или несколько существенно нелинейных.

Статической характеристикой звена называется зависимость его выходной величины от различных постоянных значений его входной величины в установившихся режимах.

Реальные характеристики элементов нелинейны. Для упрощения расчётов АСР, проводят линеаризацию, ведь, как правило, поведение объекта или элемента интересно не во всём диапазоне допустимых значений выходных величин, а в достаточно узкой области или даже в точке.

Эта точка называется рабочей. Через эту точку проводят касательную к статической характеристике. Касательная описывается уравнением:

(9)

Зададимся некоторой величиной, определяющей зону в окрестности точки А. Для неё:

(10)

Вычитая (9) из (10) получим:

(11)

Это основное уравнение статики элемента АСР.

k- это коэффициент передачи элемента, он равен относительному приращению выходной величины, к приращению входной в области рабочей точки. В различных рабочих точках этот коэффициент передачи будет различным.

Если характеристика задана аналитически, то

, (12)

Если характеристика является функцией нескольких переменных, то

(13)

Пример.

Пусть статическая характеристика элемента задана уравнением:

и необходимо найти коэффициент передачи в точке x0=1

Графоаналитически коэффициент передачи определяется построением касательной в рабочей точке.

Нахождение эквивалентных коэффициентов передачи при различных случаях соединений элементов.

Последовательное соединение:

 (14)

(15)

Параллельное соединение:

(16)

(17)

Жёсткая ООС (отрицательная обратная связь), охватывает элемент:

 (18)

. (19)

При ПОС (положительной обратной связи):

(20)

При ООС - , при ПОС -

При охвате ОС, в цепи которой стоит элемент:

 

 

и   при ПОС.

При наличии перекрёстных связей производится перенос связи из одной точки в другую, но так, чтобы значение сигнала в точке не изменялось. Так при переносе вправо через элемент с коэффициентом ki , то сигнал помножается на этот коэффициент ki .

Реальные элементы нелинейны и при расчётах АСР проводят линеаризацию. Исключением являются элементы на базе ОУ (операционных усилителей), прецизионные датчики, имеющие характеристики, близкие к идеальным.

Последовательное соединение звеньев.

Параллельное соединение звеньев.

Статический расчёт АСР.

Рассмотри схему некоторой АСР стабилизации.

На объект управления действует сигнал ИМ, или в конечном счёте задающее воздействие и возмущающее воздействие. При этом ОУ реагирует на них по разному и kx – коэффициент передачи по задающему воздействию, а kf – коэффициент передачи по возмущающему воздействию.

Схему системы можно преобразовать следующим образом:

Рисунок - эквивалентная схема ОУ для нахождения эквивалентного коэфф. передачи

  1.  Эквивалентная схема АСР по задающему воздействию.

(21)

S – статическая ошибка по задающему воздействию. Очевидно, что с увеличением kрс, S уменьшается. Коэффициенты передачи ОУ, ИМ и ЧЭ как правило изменить невозможно => единственный способ уменьшить S – это увеличить коэффициент передачи (усиления) регулятора kрег.

Статические системы состоят только из статических элементов, у которых при постоянном входном воздействии с течением времени устанавливается постоянная выходная величина. Статические системы всегда работают с ошибкой. Статической ошибкой называется разность между заданным значением регулируемой величины и её действительным значением в установившемся режиме.

2. Эквивалентная схема АСР по возмущающему воздействию.

(22)

при этом Sf – статическая ошибка по возмущающему воздействию. Sf также уменьшается с увеличением kрс и => kрег.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14985. Сығанақ алғашқы қазақ мемлекеті – Ақ Орданың астанасы 53.5 KB
  З. Қинаятұлы. Сығанақ алғашқы қазақ мемлекеті Ақ Орданың астанасы Бүгінгі күнге дейін Көшпенділер отырықшы өркениет жасамаған сондықтан олар мемлекеттілік деңгейіне көтеріле алмаған деп қарайтын сыңыржақ пікірдің сеңі бұзылмай отыр. Әттегенай дейтін бір жағ
14986. Тараз – ежелгi ислам мәдениетi орталығы 90.5 KB
  Тараз ежелгi ислам мәдениетi орталығы Қазақстан тарихы терең мәдениеті бай мемлекет. Егемендікке қол жеткізгелі бері халқымыздың еңсесі көтеріліп дініміз бен рухани мәдениетіміздің жарық салалары өркендеп келеді. Қазақ тілінің мәртебесі де өз топырағында күн өтк...
14987. ТАРАЗ - ҚАЗАҚ МӘДЕНИЕТIНIҢ АЛТЫН БЕСIГI 37 KB
  ТАРАЗ ҚАЗАҚ МӘДЕНИЕТIНIҢ АЛТЫН БЕСIГI Кәнкиев Ә.Ш. Жүншеев Р.Е. Тараз қ. М.Х.Дулати атындағы ТарМУ Ежелгi Тараз Ұлы Жiбек жолын жалғап жататын турақты дипломатикалық және саудасаттык қарымқатынас жасалатың күре тамыры iспеттес. Бұл байланыс көпiрiнiң маңызы дүние
14988. Тараздың көне моншалары 37.5 KB
  Тараздың көне моншалары. Көне деректерге сүйенетін болсақ Тараз қаласы Талас өңіріндегі саяси мәдениеттің ірі орталығы болған республикадағы ежелгі қалалардың бірі. Онда көптеген елдің көпестері мемлекетаралық іспен шұғылданған елшілер әртүрлі діни ағымды тарат
14989. Түркістан аймағындағы Сығанақ қаласының тарихы 35.5 KB
  ТҮРКІСТАН АЙМАҒЫНДАҒЫ СЫҒАНАҚ ҚАЛАСЫНЫҢ ТАРИХЫ Сыр бойындағы ірі қалалардың бірі Сығанақ болды. Ол қазіргі Қызылорда облысының Жаңақорған ауданындағы қала еді. Бұл қала туралы алғаш рет Х ғасырдағы жазба деректерде айтылған. XI ғ. Ғұлама ғалым түркі тілінің маманы Ма
14990. ҮСТІРТ КЕРУЕН ЖОЛЫНДАҒЫ САМ ҚАЛАСЫ 66.5 KB
  ҮСТІРТ КЕРУЕН ЖОЛЫНДАҒЫ САМ ҚАЛАСЫ Тарихтың атасы атанған Геродот бiздiң дәуiрiмiзге дейiнгi мыңжылдықтың орта шенiнде Қара теңiз маңынан Дон жағалауына одан Оңтүстiк Оралдағы савроматтар жерi арқылы Ертiс бойы мен Алтайға Зайсан көлiне дейiн барған далалық сақ жолының
14991. Ұлы даланың астаналары 52.5 KB
  Ұлы даланың астаналары Дидарыңда Мәңгіліктің мұңы ұйыған Ұлы Дала... Керуендеп көшкен тұтас дәуірлер ол үшін қасқағымдық мезет қана. Қатпарлы тау аңырған оқшау төбелермен толқындап шексіздікке маңған ұлан жазық алапат кеңістік мұхитының шежіреестелігі де біртүрлі...
14992. Мұражай тәрбие өзегі 67.5 KB
  Мұражай тәрбие өзегі Ақселеу Сланұлы Сейдімбеков бұрыны Жезқазған қазіргі Қарағанды облысы Жаңаарқа ауданына қарасты Дружба совхозына 1942 жылы дүниеге келген. 1962 жылдан 1968 жылға дейін Киров атындағы Қазақ мемлекеттік университетінде оқып журналистика факульте...
14993. Шу өңірінің тарихын білеміз бе 58 KB
  Шу өңірінің тарихын білеміз бе Біздің білетініміз Шу тарихын зерттеп жүрген екі ғалым бар. Бірі тарих ғылымдарының докторы профессор Қожа Ахмет Ясауи атындағы Халықаралық қазақтүрік университетінің құрметті профессоры Әбу Насыр ӘлФараби атындағы Қазақ ұл...