49401

Расчет одномерных систем автоматического управления

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Такие системы управления называются следящими. Самонастройка системы на оптимум какоголибо из показателей объекта или системы. Это может быть обеспечение и экстремального значения управляемой величины и максимального быстродействия системы управления путем подстройки её параметров и режима работы объекта оптимального в определенном заданном смысле. Системы управления разделяются на разомкнутые и замкнутые.

Русский

2013-12-26

1.09 MB

5 чел.

Министерство образования РФ

Казанский Научно-Исследовательский Технический Университет им. А.Н. Туполева

Филиал «Восток»

Кафедра «Приборостроение»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Теория автоматического управления»

на тему: «Расчет одномерных систем автоматического управления»

вариант задания: Б3131

Выполнила:  ст. гр. 21301 Парфенова Е.В.

Проверил: доцент Мещанов А.С.

г. Чистополь, 2012г.


Введение

В качестве темы для введения курсовой работы выбран вопрос о принципах автоматического управления.

В зависимости от характера информации, получаемой об объекте в процессе его работы, наличия его математического описания, статических характеристик объекта и главное – задачи, поставленной перед системой автоматического управления, принципы автоматического управления существенно различаются.

Если при рассмотрении объектов управления был получен ответ на вопрос: чем управлять, то теперь ставятся вопросы: с какой целью, как, какими средствами управлять объектом? Задачи, поставленные перед системой управления, можно разделить на следующие группы.

  1.  Стабилизация. В этом случае необходимо с заданной точностью поддерживать постоянными те или иные управляемые величины.
  2.  Программное управление. При этом закон изменения управляемой величины заранее известен и задается оператором, обслуживающим систему управления.
  3.  Слежение за некоторой измеряемой величиной, закон изменения которой заранее неизвестен. В этом случае управляемая величина должна с заданной точностью воспроизводить измеряемую величину или некоторую функцию измеряемой величины. Такие системы управления называются следящими.
  4.  Самонастройка системы на оптимум какого-либо из показателей объекта или системы. Это может быть обеспечение и экстремального значения управляемой величины, и максимального быстродействия системы управления путем подстройки её параметров, и режима работы объекта оптимального в определенном, заданном смысле. Самонастройка

  1.  может сочетаться со стабилизацией, программным управлением и слежением.

Системы управления разделяются на разомкнутые и замкнутые.

В разомкнутых системах управляющеё воздействие задается без учета действительного значения управляемой величины на основании цели управления, характеристик объекта и известных внешних воздействий. Такое управление называется жестким.

В разомкнутых системах управления отсутствует компенсация влияния некоторой неконтролируемых возмущений; они применяются для стабилизации и программного управления.

В замкнутых системах управляющее воздействие формируется в непосредственной зависимости от управляемой величины.


Вариант: Б 3131

Номинальные данные электрических машин

Двигатель

Генератор

Тахогенератор 

ЭМУ

Принципиальная электрическая схема

Система регулирования скорости (Схема Б)


Пункт 1

Вывести уравнения. Определить численные значения постоянных времени и коэффициентов усиления при помощи данных таблиц 1-2.

Двигатель постоянного тока.

В системе (1) все слагаемые разложены в ряд Тейлора. Степени выше 1-ой отбрасываем:

Проведя минимизацию, получаем уравнения в отклонениях:

Вычтем из системы (1) систему (3):

Производим преобразование Лапласа левой и правой частей при нулевых начальных условиях:

Момент инерции якоряопределяется в зависимости от приведенного махового момента .

Передаточный коэффициент двигателя по скорости

- коэффициент пропорциональности м/у ЭДС двигателя и угловой скоростью вращения якоря.

Коэффициент пропорциональности между  и током якоря:


Передаточная функция генератора без нагрузки

После преобразований Лапласа при нулевых начальных условиях:


Передаточная функция дифференцирующего трансформатора

Для дифференцирования регулируемых или управляющих величин в системах автоматического регулирования можно использовать трансформаторы.

При использовании второго закона Кирхгофа уравнения дифференцирующего трансформатора имеют вид:

  

  ,где

M – коэффициент взаимной индуктивности трансформатора, приведенный к первичной обмотке;

L1, L2 – индуктивности первичной и вторичной обмоток, причем индуктивность вторичной обмотки приведена к первичной обмотке.

 R1, R2 – сопротивление первичной и вторичной обмоток.

Уравнения в операторной форме примут вид

Если исключить ток  и учесть, что , получим

Если считать, что потери в трансформаторе отсутствуют, то получим  . В этом случае передаточная функция дифференцирующего трансформатора примет вид


Передаточная функция для электромашинного усилителя

Простейший электромашинный усилитель является генератором постоянного тока с независимым возбуждением, якорь которого вращается приводным электродвигателем постоянного или переменного тока. Входное напряжение присоединяется к обмотке возбуждения, а с его щеток снимается выходное напряжение.

При постоянной скорости вращения якоря генератора, если пренебречь индукционностью якоря, будет справедливо уравнение

,  (1)     где ki – коэффициент усиления по току.

Для обмотки возбуждения напишем выражение

,      (2)          где Rу – сопротивление цепи обмотки возбуждения, Lу – индуктивность обмотки возбуждения.

Учитывая, что

             (3)

и решая уравнения (1)-(3), получаем

             (4)где

- постоянная времени электромашинного усилителя,   

 - коэффициент усиления по напряжению.

Передаточная функция электромашинного усилителя примет вид

Передаточная функция тахогенератора


Пункт 2

Построить структурные схемы систем с указанием передаточных функций звеньев.


Пункты 3, 4

Определить передаточную функцию замкнутой системы относительно регулируемой координаты по команде ( для скорости по напряжению U0).

Определить передаточную функцию для ошибки (отклонения) регулируемой величины от заданного значения (по возмущению) для n1=n-n0 по МС.


Пункт 5

Определить коэффициент усиления системы и коэффициент усиления электронного усилителя по заданным условиям точности в установившемся режиме (для систем регулирования – по заданной статической ошибке регулирования).


Пункт 6

Определение напряжения, которое нужно установить на потенциометре, чтобы заданная скорость вращения была n=600 об/мин. Сравнить величины изменения скорости вращения n относительно заданного значения n0 для регулируемого и нерегулируемого двигателя при приложении к его валу момента сопротивления МС = 2000 Нм.

Таким образом начальные данные будут состоять из:

МС = 2000 Нм

n=600 об/мин

Если ранее  было рассчитано при n=1000 об/мин, то теперь поменяв значение n, мы меняем значение коэффициента


Пункт 7

Провести Д-разбиение по общему коэффициенту усиления. Сделать разметку Д-областей, построив с этой целью годограф Михайлова для одной из точек Д-областей.

Критерий Найквиста.

По виду АФХ разомкнутой системы и числу правых корней разомкнутой системы можно судить об устойчивости замкнутой системы

U

v

0

-1

0

0,98

0

-1,85

4,06

16,24

0

Проверка, исходя из условия, что точка (0;0) будет иметь устойчивость: КРАЗ=0, ДЗАМ=0. Следовательно корни отрицательны, что говорит о устойчивости области КРАЗ[-1;+).   

Строим кривую.

           

Годограф Михайлова.

Выбираем КРАЗ=2 из области претендента на устойчивость. КРАЗ[-1;+).

Подставляем в ДЗАМ=0.

Строим кривую.

Кривая Михайлова проходит три квадранта, и так как мы имеем уравнение третьего порядка, следовательно, точка  лежит в области устойчивости, следовательно, САУ устойчива.


Пункт 8

Построить логарифмические характеристики разомкнутой системы.

;


Пункт 9

Провести синтез пассивного корректирующего устройства методом логарифмических амплитудных характеристик (ЛАХ). Определить численные значения параметров коррекции. Выбрать место включения корректирующего устройства

Разобьем на элементарные звенья

Возьмем  

- рассматриваем аналогично

Возьмем  

- рассматриваем аналогично

Возьмем  

Все элементарные звенья включены последовательно после усилителя. Корректирующее устройство разместим после усилителя.


Пункты 12, 13

Построить на ЭВМ кривую переходного процесса – кривую изменения регулируемой координаты n или U около заданного значения.

Определить основные показатели качества процесса регулирования: динамическую ошибку д, быстродействие Трег.

Коэффициенты числителя:

Коэффициенты знаменателя:


Пункт 14

 Оценить качественно влияние не учтенных в расчете факторов:

  •  несимметричность характеристики электронного усилителя,
  •  изменение нагрузки МС,
  •  изменение коэффициентов усиления усилителей,
  •  нагрев сопротивлений.

Сделать общий вывод о работоспособности системы.

  1.  Несимметричность характеристик электронного устройства может играть, как положительную, так и отрицательную роль. Если коэффициент усилителя дальше в области положительных сигналов, то в момент прихода положительных сигналов ошибка системы уменьшается. Если не дальше в области отрицательных входных сигналов, то ошибка увеличивается.

а) Приведет к увеличению статической ошибки. ЛАХ немного опустится. Изменения запасов устойчивости не произойдет и система останется устойчивой.

б) Приведет к изменению статической ошибки. ЛАХ поднимется, но система останется устойчивой.

в) Характеристика нелинейная, поэтому систему необходимо проверить на абсолютную устойчивость. Этот случай может привести к потере устойчивости и возникновению автоколебаний.

г) Включает в себя случаи а) и в) поэтому система будет вести себя также

2.  Изменение МС влечет за собой изменение установившегося значения , с увеличением нагрузки МС, возрастает и, наоборот, с уменьшением МС, увеличивается.

3. Изменение коэффициента усиления усилителей.

Ведет к изменению коэффициентов усиления всей системы. Если коэффициенты усиления усилителей увеличиваются, то увеличиваются коэффициенты усиления всей системы, а это ведет к улучшению параметров системы, уменьшается время переходных процессов и другие. И наоборот, например неустойчивость САУ.

4. Нагрев сопротивлений приводит к увеличению постоянных времени. ЛАХ и ЛФХ вместе сдвинутся влево. Это же приводит к потере устойчивости, но изменится , что приведет к изменению показателей качества. Данная система неработоспособна при воздействии .

При воздействии  и  она становится неработоспособной.

Ошибка


Пункт
15

Осуществить переход от структурной схемы системы к нормальной форме и исследовать управляемость и наблюдаемость скорректированной системы. Сделать выводы о применимости частотного метода анализа и синтеза системы.

Система z*=A*z1+B*u называется полностью управляемой, если она, ни каким образом не может быть приведена к виду:

наблюдаемость N=(СТ, АТСТ, …, (АТ)N-1СТ) N0 САУ полностью (управляема) наблюдаема.

Управляемость y=(BТ, АB, …, АN-1B) y0 САУ полностью управляема.

 
Список литературы
.

  1.  Васильев Д.В., Чуич В.Г. Системы автоматического регулирования. М., Высшая школа, 1967г.
  2.  Ахметгалиев Н.Н. и др. Экспериментальные методы исследования систем автоматического регулирования. Казань: КАИ, 1978г.
  3.  Воронов А.А. Основы теорем автоматического регулирования. 41-М.-А., Энергия, 1985г.
  4.  Бесекерский В.А. и др. Сборник задач по теории автоматического регулирования.

М, Наука, 1965г.

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17953. ОБОРОТНІ КОШТИ 130.5 KB
  Тема 6 ОБОРОТНІ КОШТИ Сутність оборотних коштів та їх організація. Необхідність і методи обчислення оборотних коштів. Поняття норм і нормативів оборотних коштів їх розрахунок. Джерела формування оборотних коштів. Показники стану оборотних коштів. ...
17954. КРЕДИТУВАННЯ ПІДПРИЄМСТВ 153 KB
  Тема 7 КРЕДИТУВАННЯ ПІДПРИЄМСТВ 7.1.Індивідуальний кругообіг коштів підприємств та необхідність залучення кредитів. Класифікація та форми кредитів що надаються підприємствам. Різновиди банківських кредитів. Принципи кредитування. Способи отримання
17955. ФІНАНСОВЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВІДТВОРЕННЯ ОСНОВНИХ ФОНДІВ 154.5 KB
  Тема 8 ФІНАНСОВЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВІДТВОРЕННЯ ОСНОВНИХ ФОНДІВ Склад і структура основних фондів підприємства. Показники стану й ефективності використання основних виробничих фондів. Знос і амортизація основних фондів. і 8.3. Сутність і склад капітальних вклад
17956. ОЦІНЮВАННЯ ФІНАНСОВОГО СТАНУ ПІДПРИЄМСТВ 225 KB
  Тема 9 ОЦІНЮВАННЯ ФІНАНСОВОГО СТАНУ ПІДПРИЄМСТВ Оцінювання фінансового стану підприємств його необхідність і значення. Показники фінансового стану підприємств. Ліквідність підприємства. Платоспроможність підприємства. Фінансова стійкість підприєм
17957. ФІНАНСОВЕ ПЛАНУВАННЯ НА ПІДПРИЄМСТВАХ 251.5 KB
  Тема 10 ФІНАНСОВЕ ПЛАНУВАННЯ НА ПІДПРИЄМСТВАХ Зміст завдання та методи фінансового планування. Зміст і структура фінансового плану підприємства. Зміст оперативного фінансового плану надходження коштів і здійснення платежів. Касовий план. 10.1. Зміс
17958. ФІНАНСОВА САНАЦІЯ ПІДПРИЄМСТВ 133 KB
  Тема 11 ФІНАНСОВА САНАЦІЯ ПІДПРИЄМСТВ Фінансова санація підприємств. Фінансова криза на підприємстві. Санаційний аудит. Розробка програми санації. Санація шляхом реорганізації реструктуризації. 11.1. Фінансова санація підприємств Заходи щодо о...
17959. ГРОШОВІ НАДХОДЖЕННЯ ПІДПРИЄМСТВ 145.5 KB
  Тема З ГРОШОВІ НАДХОДЖЕННЯ ПІДПРИЄМСТВ Економічна характеристика склад і класифікація грошових надходжень підприємств. Доходи виручка від реалізації продукції. Доходи від фінансовоінвестиційної та іншої діяльності. 3.1. Характеристика склад і кла
17960. ОСНОВИ ФІНАНСІВ ПІДПРИЄМСТВ 143.5 KB
  Тема1 ОСНОВИ ФІНАНСІВ ПІДПРИЄМСТВ Поняття і сутність фінансів підприємств. Функції фінансів підприємств. Грошові доходи грошові фонди фінансові ресурси підприємств. Основи організації фінансів підприємств. Фінансова діяльність підприємства. Зміст...
17961. Финансовая деятельность государства 131.5 KB
  ЛЕКЦИЯ 1 Финансовая деятельность государства 1. Понятие финансов и сущность финансовой деятельности государства. 2. Принципы и методы финансовой деятельности государства. 3. Финансовая система Украины ее состав. 4. Система и правовое положение органов вл...