Расчёт комплексной частотной характеристики объекта в требуемом диапазоне частот. Определение запаса устойчивости замкнутой автоматической системы регулирования. Оценка качества управления при использовании ПИ и ПИД регуляторов и выбор лучшего и них.
Аннотация к работе
При создании АСР производственных объектов основное значение имеет правильный выбор регуляторов и расчет оптимальных параметров их настройки. Согласно методике, выработанной на основе теоретических исследований и проверенной в практике наладки и эксплуатации АСР, правильный выбор регуляторов и определение параметров их настройки требует знания динамических свойств объекта регулирования. При этом объект управления является заданным и задача по формированию оптимальной системы управления сводится к выбору наилучшего регулятора. Цели управления состоят в достижении максимальной производительности процесса, стабилизации высокого качества выпускаемой продукции, наибольшего коэффициента использования энергии, сырья и оборудования, максимального объема реализации продукции и снижения затрат на единицу продукции. Один из них называется управлением по возмущению, а другой управлением по отклонению.Значения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и фазо-частотной характеристики (ФЧХ) представлены в таблицах 1а и 1б. Значения этих частот и предельно допустимой чувствительности приводятся в таблице 2. Установим взаимосвязь между КЧХ объекта и ее амплитудой и фазой . Поскольку каждое значение КЧХ объекта является комплексным числом, имеющим вещественную и мнимую части, то , (1) Комплексное число можно представить не только в обычном виде (33), но и в так называемой тригонометрической форме, т.е. как , (2) где амплитуда и фаза КЧХ объекта задаются равенствамиРассмотрим замкнутую систему автоматического регулирования представленную на рис.1 Чтобы лучше представить область частот, в которой необходимо исследовать динамические свойства управляемого объекта построим на комплексной плоскости годограф КЧХ . При этом на мнимой и вещественной осях системы координат соответственно в одинаковом масштабе откладываются значения величин и для каждого из значений , , представленных в таблице 2. Для определения по данным таблиц 1а и 1б значений величин и КЧХ объекта , заданную выражением (2), представим в виде При выполнении расчетов по формулам (6) необходимо учесть, что значения фазы КЧХ объекта в таблице 1 заданы в радианах.Тип автоматического регулятора, обеспечивающего наилучшее качество регулирования, определяется на основе выбора между ПИ и ПИД - регуляторами, получившими наибольшее распространение на практике. При этом на основании данных о динамике управляемого объекта, представленных в таблицах 1а, 1б и 2, осуществляется расчет параметров настройки сначала ПИ, а затем ПИД - регулятора. Цель расчета заключается в определении таких значений параметров настройки регулятора, при которых обеспечивалось бы выполнение условия При выполнении указанных расчетов используем метод вспомогательной функции, реализованный на основе компьютерных программ PIREG и PIDREG. Данные полученные по завершении работы программы PIREG сведем в таблицу 4.Поэтому для практических расчетов, как правило, пользуются косвенными признаками, позволяющими без определения корней характеристического уравнения исследовать систему на устойчивость. Критерий Найквиста основан на рассмотрении КЧХ разомкнутой системы Это обусловлено наличием однозначной зависимости между передаточной функцией разомкнутой системы и характеристическим уравнением замкнутой АСР. Критерий Найквиста формулируется следующим образом: Система регулирования, устойчивая в разомкнутом состоянии, будет устойчива и в замкнутом состоянии, если годограф комплексной частотной характеристики разомкнутой системы не охватывает точку с координатами (-1, i0). Для того, чтобы воспользоваться критерием Найквиста, необходимо определить КЧХ регулятора и рассчитать по данным таблиц 1а, 1б и 2 КЧХ объекта, а затем найти КЧХ разомкнутой системы по формуле (9), для этого воспользуемся программой CHASTXAR.Согласно равенству (9) при использовании ПИД-регулятора критерий удается уменьшить более чем в 1,2 раза, по сравнению со случаем применения ПИ-регулятора. Чтобы сделать окончательный вывод о целесообразности использования ПИ или ПИД-регулятора, необходимо проанализировать, в каком из этих случаев величина критерия окажется меньшей. Поскольку спектральная плотность возмущающих воздействий обычно неизвестна, то воспользуемся гипотезой о низкочастотном характере возмущений и в этом случае оценим эффективность применения каждого регулятора. Данные о КЧХ управляемого объекта представлены в таблицах 1а, 1б и 2, а значения параметров настройки ПИ и ПИД-регуляторов в таблицах 4 и 5. Для построения графика АЧХ замкнутой системы воспользуемся программой CHASTXAR, результаты расчетов сведем в таблицу 8.В данной курсовой работе проведен расчет комплексно частотной характеристики (КЧХ) объекта, определены оптимальные значения параметров настройки ПИ и ПИД-регуляторов.
План
Содержание
Введение
1. Задание на проектирование
2. Расчет КЧХ объекта в требуемом диапазоне частот
3. Расчет параметров настройки ПИ и ПИД регуляторов
4. Определение устойчивости замкнутой АСР
5. Оценка качества управления и выбор регулятора
Заключение
Список литературы
Введение
Автоматизация производства является на современном этапе важнейшим фактором научно-технического прогресса во всех отраслях промышленности, в том числе пищевой.
Важной задачей автоматизации предприятий пищевой промышленности является создание локальных автоматических систем регулирования (АСР), характеризующимся высоким быстродействием, точностью и надежностью.
Принципы построения АСР являются общими независимо от природы регулируемой величины и конструкции регулирующей аппаратуры. Изучение и практическое использование этих принципов в ходе расчета реальной системы регулирования является целью выполнения настоящего курсового проекта.
При создании АСР производственных объектов основное значение имеет правильный выбор регуляторов и расчет оптимальных параметров их настройки. Эти задачи решаются на стадии проектирования АСР. Согласно методике, выработанной на основе теоретических исследований и проверенной в практике наладки и эксплуатации АСР, правильный выбор регуляторов и определение параметров их настройки требует знания динамических свойств объекта регулирования. Эти свойства управляемого объекта вполне определяются его комплексной частотной характеристикой (КЧХ) .
Целью расчета и исследования АСР является формирование такой системы, которая обеспечивала бы наилучшее (оптимальное) качество управления. При этом объект управления является заданным и задача по формированию оптимальной системы управления сводится к выбору наилучшего регулятора. На практике наибольшее распространение получили ПИ и ПИД-регуляторы, т.к. в большинстве случаев они оказались значительно более эффективными по сравнению с остальными.
Цели управления состоят в достижении максимальной производительности процесса, стабилизации высокого качества выпускаемой продукции, наибольшего коэффициента использования энергии, сырья и оборудования, максимального объема реализации продукции и снижения затрат на единицу продукции.
Теория управления изучает общие закономерности присущие системам управления независимо от их природы. Существует два принципа управления. Один из них называется управлением по возмущению, а другой управлением по отклонению.
Под объектом контроля и управления понимается комплекс сложных и простых статических и динамических систем и элементов, характеристики которых формируются, контролируются и настраиваются по определенным алгоритмам. Технологический объект управления (ТОУ) определяется как совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям и регламентам технологического процесса.
Описание объекта осуществляется построением его математической модели, которая может быть описана системой уравнений, определяющих зависимость выходных параметров объекта от внешних и внутренних воздействий при его функционировании. На основе анализа модели формулируются задачи контроля и управления, синтезируется система управления, определяется степень автоматизации и ее эффективность.
Управляющее воздействие это изменение регулирующей величины, возмущения воздействия некоторых величин, не относящихся напрямую к рабочему процессу, но оказывающих воздействие на рабочий процесс, как правило, это воздействие окружающей среды. Всегда существуют влияющие на объект и исходящие со стороны внешней среды воздействия, которые приводят к нежелательным отклонениям выходных величин от их заданных значений, эти воздействия называют возмущающими или просто возмущениями.
Устройство, выполняющее функции формирования управляющих воздействий называются управляющим устройством, простейшим управляющим устройством является регулятор. частота регулятор автоматический
Вывод
В данной курсовой работе проведен расчет комплексно частотной характеристики (КЧХ) объекта, определены оптимальные значения параметров настройки ПИ и ПИД-регуляторов. Проведены анализ замкнутой системы с данными регуляторами на устойчивость и оценка запаса устойчивости. По результатам расчетов можно сделать вывод о целесообразности использовании системы с ПИД-регулятором - при практически одинаковых показателях устойчивости, у ПИД-регулятора минимальное математическое ожидание ошибки управления.
Список литературы
1. Теория автоматического управления. / Под ред. А.В. Нетушила - М.: Высшая школа, 1982.
2. Бессекерский В.А., Попов В.П. Теория автоматического регулирования. - М.: Наука, 1975.
3. Шавров А.В., Коломиец А.П. Автоматика. - М.: Колос, 1999.
4. Клюев А.С. Автоматическое регулирование. - М.: Энергия, 1973.
5. Основы автоматического регулирования и управления. /Под ред. В.М. Пономарева и А.Н. Литвинова. - М; Высшая школа, 1974.