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

12 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

18948. Коммуникационный менеджмент как процесс 49.5 KB
  Коммуникационный менеджмент как процесс Компании всегда занимались коммуникацией выстраивали вокруг и внутри систему взаимодействий призванную помогать бизнесу в достижении его стратегических и текущих целей. Успехи организации зависят от конструктивности вз...
18949. Организация и проведение избирательной кампании: стратегический замысел, цели и масштаб работы с избирательными территориями 200.5 KB
  Организация и проведение избирательной кампании: стратегический замысел цели и масштаб работы с избирательными территориями Избирательная кампания это те же самые скоординированные целенаправленные но осуществляемые в течение отделенного законодательством в
18950. Телевизионная журналистика: особенности, виды, способы финансирования 88.5 KB
  Телевизионная журналистика: особенности виды способы финансирования Телевидение одно из самых глобальных достижений человечества. Оно отбирает у своих поклонников не только способность мыслить но и способность сопротивляться воздействию: яркая движущаяся кар
18951. Радиожурналистика. Свойства и формат радио как вида массовой коммуникации 37 KB
  Радиожурналистика. Свойства и формат радио как вида массовой коммуникации Радио появилось именно в то время когда человечество стало нуждаться в предельной оперативности информации: глобальные потрясения изменившиеся в начале столетия административный ментальны...
18952. Конспекты занятий по экологии для старшей группы 199.5 KB
  Способствовать развитию у детей умения составлять сравнительные рассказы о растительном мире; развитию умения различать растения по стволам, веткам, плодам, листьям; различению многолетних и однолетних растений; развитию сравнения по признакам, закрепленным в модели, умения использовать модель в качестве плана рассказа; воспитывать бережное отношение к растительному миру.
18953. Структура, функции и процесс формировании имиджа 49 KB
  Структура функции и процесс формировании имиджа Имидж внешний образ создаваемый субъектом с целью вызвать определенное впечатление мнение отношение у других. Имидж эмоционально окрашенный образ кого либо/ чеголибо сложившейся в массовом сознании и способ...
18954. Определения нормативов предельного размещения отходов 220 KB
  Данный проект разработан для площадки 1-гo Линейного Производственного Управления Магистральных Газопроводов (ЛПУМГ) и содержит предложения по нормативам образования и размещения отходов от основного и вспомогательного производств предприятия.
18955. Абсорбер с насадкой 4.39 MB
  В данной курсовой работе по «Расчету и конструированию оборудования» на тему «Абсорбер с насадкой» рассмотрены такие разделы как: обоснование выбора конструкции аппарата (задание по УИРС), описание конструкции аппарата, подобраны конструкционные материалы основных узлов
18956. СОСТАВЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ МЕХАНИЗМА И СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ПЛОСКИХ МЕХАНИЗМОВ 790 KB
  Приобретение студентами навыков к составлению кинематических схем с модели механизма или конструктивного чертежа. Уяснить из каких структурных групп состоит данный механизм и в каком порядке эти группы присоединяются в процессе образования механизма.