69329

Типові ланки систем автоматичного керування

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Типові ланки є ланками направленої дії: сигнали передаються ланкою в одному напрямі зі входу на вихід. Типові ланки ділять на пропорційні підсилюючі аперіодичні інерційні коливальні інтегруючі астатичні диференціюючі і форсуючі.

Украинкский

2014-10-03

180.5 KB

17 чел.

Тема 4. Типові ланки систем автоматичного керування

1. Основні властивості перетворення Лапласа та його використання для опису рівнянь динаміки САК

2. Поняття передаточної функції системи. Динамічна ланка

3. Класифікація елементів за динамічними властивостями

1. Рівняння динаміки елементів САК за аналогією з рівняннями статики можуть бути складені в абсолютних величинах, відхиленнях і відносних величинах. При складанні рівнянь динаміки також широко використовується операторна форма запису диференційних рівнянь, згідно з якою вводяться символи похідних і інтегралів, що визначаються за допомогою оператора Лапласа р. В операторній формі ДР мають більш простий вигляд, скорочуються математичні перетворення.

Зображенням заданої функції f(t) (оригінала) по Лапласу називають функцію комплексної змінної р, що визначається за формулою

.

Зворотне перетворення Лапласа позначається наступним чином

.

В операторній формі операцію диференціювання можна позначити наступним чином:

,  ,  .

а операцію інтегрування – зворотною величиною:

,  .

Основні властивості перетворення Лапласа

Назва

Оригінал

Зображення

Лінійність

Правило диференціювання (при нульових початкових умовах)

Правило інтегрування (при нульових початкових умовах)

Зміна масштабу часу (теорема подібності)

Зміщення аргументу оригіналу (теорема запізнення)

Теорема про початкове значення оригіналу

Теорема про кінцеве значення оригіналу

Зображення найпростіших функцій часу по Лапласу

Назва функції

Дельта-функція

Ступінчата функція

Степенева функція

Експонента

Синусоїда

Косинусоїда

Періодична функція

2. Динаміку будь-якого об’єкту можна з певною точністю описати за допомогою диференційного рівняння

.

В системах автоматики вважається, що елемент з 5%-ою точністю може бути описаний системою другого порядку

.

В операторній формі

.

Передаточною функцією елемента або системи називають відношення зображень вихідної до вхідної величини при нульових початкових умовах

.

Існує декілька класифікацій елементів систем автоматичного керування (САК). Найбільш зручно елементи класифікувати за їх динамічними властивостями, оскільки однією з найважливіших задач теорії автоматичного керування є вивчення динамічних процесів в автоматичних системах.

Динамічною ланкою, або просто ланкою, називається елемент (частина) автоматичної системи, який має визначені динамічні властивості.

Приклад

Приклад технологічного об’єкту – резервуар з рідиною (рис. 4.1). Аперіодична ланка з вхідною і вихідною величинами відповідно:

– ступінь відкритості клапану, м;

– висота рідини в резервуарі, м.

Коефіцієнт, в статичному режимі:

;

де  – густина рідини, кг/м3;  - максимальна висота підйому рідини, м; ,  – вхідний та вихідний тиск відповідно, Па.

Постійна часу:

,

де  – кількість рідини, що протікає в одиницю часу, м3/с.

Приклад електромеханічного пристрою – рівняння динаміки генератора постійного струму.

Рівняння динаміки є однотипними, динамічні процеси, що відбуваються в різних системах, є схожими, а отже можна казати про те, що і механічні, і електричні системи відносяться до одного типу ланок.

Не дивлячись на велику різноманітність елементів, які відрізняються між собою за фізичною природою, конструктивним оформленням, потужністю, видом енергії живлення тощо, можна виділити тільки декілька типових ланок.

Типові ланки є ланками направленої дії: сигнали передаються ланкою в одному напрямі – зі входу на вихід. При зміні вхідного сигналу змінюється і вихідний, якщо вхідний сигнал не змінюється, не повинен змінюватися і вихідний сигнал. Для того, щоб елемент САК зображувався направленою ланкою, необхідно враховувати навантаження на її виході. При з’єднанні ланок напрямленої дії вони зберігають свої попередні властивості.

Типові ланки ділять на пропорційні (підсилюючі), аперіодичні (інерційні), коливальні, інтегруючі (астатичні), диференціюючі і форсуючі.

Деякі елементи  автоматичних систем мають передаточні функції  або . Такі ланки називають відповідно реальною диференцюючою і реальною інтегруючою.

Наявність множника Тр+1 в знаменнику передаточної функції реальних ланок вказує на інерційність процесів диференціювання та інтегрування. Тому реальні диференціюючі та інтегруючі ланки інколи називають відповідно інерційно-диференціюючими та інерційно-інтегруючими.

Реальною може бути і форсуюча ланка першого порядку з передаточною функцією:

, при .

Фактично реальні ланки не є типовими, оскільки вони представляють собою послідовне з’єднання відповідних ідеальних

Слід зауважити, що в залежності від того, які величини будуть прийняті за вхідну та вихідну, а також від прийнятих при складанні диференційного рівняння припущень один і той же елемент можна описати різними рівняннями, а значить, і зобразити різними типовими ланками.

Дійсно, безінерційний електричний двигун при вхідній величині – напрузі на якорі U і вихідній – швидкості обертання валу ω є пропорційною ланкою:

Цей же двигун при вихідній величині – куті повороту α валу буде вже інтегруючою ланкою:

Основні ланки САК

Назва

а2

а1

а0

b1

b0

1

Пропорційна

0

0

1

0

К

2

Аперіодична

0

Т

1

0

К

3

Інерційна ланка 2-го порядку

Т22

Т1

1

0

К

4

Ідеальна інтегруюча

0

1

0

0

К

5

Реальна інтегруюча

Т

1

0

0

К

6

Ідеальна диференціююча

0

0

1

К

0

7

Реальна диференціююча

0

Т

1

К

0

8

Інтегро-диференціююча

0

Т

1

К1

К

3. .

Якщо  – аперіодична ланка другого порядку,

якщо  - коливальна ланка.

8. ,

– переважають інтегруючі властивості,

– переважають диференціюючі властивості.

ис. 4.1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33881. Доктрина Брежнева 28 KB
  При техническом содействии СССР возводились атомные электростанции в Болгарии и ГДР реконструировался Дунайский металлургический комбинат в Венгрии строился завод по производству каучука в Румынии. Диктат со стороны СССР навязывание союзникам по ОВД советской модели развития вызывали растущее недовольство в странах Восточной Европы. Одним из проявлений этой доктрины было вмешательство СССР во внутренние дела Чехословакии. в Чехословакию были введены войска СССР Болгарии Венгрии ГДР и Польши.
33884. Индустриальное развитие СССР в послевоенный период. Трудовая активность масс 25.5 KB
  Развитие промышленности зависело от международной обстановки Холодная война и Корейская война. Развитие промышленности очень зависело от ситуации в мире Холодная война и Война в Корее.
33885. Деревня и сельское хозяйство в послевоенный период 24 KB
  Разрушение колхозов совхозов МТС. В конце 40х прошло укрупнение мелких колхозов 1950 план укрупнения кохозов. Проблема рабочих рук уменьшение населения колхозов на 15. Оплата в ряде колхозов выглядела чисто символической.
33886. Политическая система СССР во второй половине 40-х – начале 50-х годов 27.5 KB
  Все группировки в партийном руководстве опирались на партию но в самой партии можно выделить несколько групп: те кто вступили в партию до войны и не были на оккупированных территориях те кто вступил в партию до войны но были эвакуированы и вернулись спешно принятые в партию коммунистыподпольщики на оккупированных территориях военные вступившие в партию на фронте вступившие после войны.
33887. Общественная жизнь страны во второй половине 40-х – начале 50-х годов 26 KB
  Победа воспринималась как общая раскол народа и власти начался позднее. Но лояльное отношение к власти не означало что никто не был против режима. Почему фронтовики не могли выступить против власти единство народа и власти во время войны психологическая усталость после войны период залечивания ран.
33888. Развитие социальной сферы городов. Проблемы жилья. Денежная реформа. Быт. Внешний вид. Спорт 28.5 KB
  Жилье. В годы войны крова лишились более 25 млн. человек. В деревнях жили в землянках, государство восстанавливало только города -14% бюджета. В 1945 СНК принял решение о восстановлении 15 городов. Восстановление было всенародным делом (комсомольско-молодежные бригады).
33889. Культурно-просветительная работа, общее и специальное образование. Во второй половине 40-х – начале 50-х гг 38 KB
  Задачи образования восстановить всеобщее 7летнее образование с 1949 обучить тех кто не обучился в войну школы рабочей молодежи школы комсомольской молодежи. Проблема уровня образования. Пример Красноярского края в восстановлении образования. Чрезмерная идеологизация образования.