Решение задач синтеза и анализа систем автоматического управления (САУ) конкретными техническими объектами на базе современных методов и с использованием вычислительной техники - Курсовая работа

Основной целью курсовой работы по дисциплине "Теория управления” является закрепление и углубление теоретических знаний, полученных на лекциях и практических занятиях. В процессе работы студент должен изучить основные этапы проектирования систем управления; показать твердые знания по современным методам их расчетов и уметь самостоятельно выполнять конкретные расчеты и исследования на современных ЦВМ. Основной целью курсовой работы является закрепление и углубление теоретических знаний, полученных на лекциях и практических занятиях, а именно: развитие навыков самостоятельного решения задач синтеза и анализа систем автоматического управления (САУ) конкретными техническими объектами на базе современных методов и с использованием вычислительной техники.Объектом управления является система генератор-двигатель (Г-Д) постоянного тока с независимым возбуждением: Рисунок 1.1 - Схема объекта управления Заданы следующие параметры (в соответствии с таблицами 1 и 2): § тип электродвигателя, § его номинальная мощность РДН, § напряжение на якоре UДН, § частота вращения NДН, § допустимая статическая ошибка разрабатываемой САУ , § перерегулирование , § время регулирования Требуется: 1 Рассчитать коэффициент усиления КУ усилителя в прямом канале и коэффициенты передачи обратных модальных связей КТГ, КТЯ, КТВ, обеспечивающих заданные показатели качества замкнутой САУ; 2 Рассчитать и построить графики переходных процессов синтезированной САУ по управлению (разгон двигателя на холостом ходу) и по возмущению (наброс номинальной нагрузки МСН) для трех переменных объекта , ІЯ (t), ІВГ (t).Основное достоинство такого управления состоит в том, что в силу безынерционности синтезируемых обратных связей порядок замкнутой САУ не повышается и остается равным порядку самого объекта, что способствует повышению быстродействия САУ. В данной курсовой работе объект управления (система Г-Д) имеет третий порядок, поэтому "стандартный" полином имеет вид: (2.1) где: - стандартные коэффициенты, численные значения которых и соответствующие им переходные характеристики приведены на рис.2;Все параметры электродвигателя представлены далее, в таблице 3.1. Отмечу, что приведенные сопротивления обмоток электрических машин даются в справочной литературе при температуре 20°С. Во всех дальнейших расчетах будут использованы значения сопротивлений, приведенных к рабочей температуре 75°С, по формуле: (3.1) Таблица 3.1 - Параметры заданного электродвигателя Параметры Обозначение Значения (при 20 0 для R) Значения (при 75 0 для R)Генератор постоянного тока выбираем по мощности и току якоря из условий: ; Параметры подходящего генератора занесены в таблицу 3.2. Таблица 3.2 - Параметры выбранного генератора Параметры Обозначение Значения (при 20 0 для R) Значения (при 75 0 для R) Номинальный ток генератора рассчитываем по формуле: система автоматическое управление усилениеRЯ? = RД? RГ? (3.9) где: RД?, RГ? - суммарные сопротивления якорных цепей двигателя и генератора, вычисляемые по формулам: RД? = RЯД RДД RКД (3.10) Подставляя полученные в (3.12) и (3.13) значения в (3.9) получаем: RЯ? = RД? RГ? = 0,28914 0.154696 = 0,443836 Ом (3.14) Суммарная индуктивность цепи: LЯ? = LЯД LЯГ (3.15) где: LЯД LЯГ - индуктивность якоря двигателя и генератора, вычисляемые по формулам: (3.16) Подставляя полученные в (3.12) и (3.13) значения в (3.9) получаем: RЯ? = RД? RГ? = 0,28914 0.154696 = 0,443836 Ом (3.14) Суммарная индуктивность цепи: LЯ? = LЯД LЯГ (3.15) где: LЯД LЯГ - индуктивность якоря двигателя и генератора, вычисляемые по формулам: (3.16)Наиболее удобным для практических измерений и преобразований в управляющие сигналы являются величины , ІЯ, ІВГ которые следует принять за переменные состояния объекта и синтезировать по ним обратные модальные связи (в соответствии с пунктиром на рисунке 2.1).На основании (4.1) и (4.2) запишем в компактной форме характеристический определитель системы: = , (4.3) раскрыв который и выполнив подстановкой коэффициентов из (4.1), получим характеристический полином замкнутой системы: (4.4) где: (4.5)Отсюда, используя формулы Крамера, нетрудно получить уравнение статики замкнутой САУ На основании (4.7) статическая ошибка замкнутой САУ определяется выражениемДальнейшее решение поставленной задачи синтеза системы модального управления сводится к совместному решению системы четырех уравнений (4.6), (4.17) относительно неизвестных Получаем систему уравнений: (4.18) Поскольку в системе (4.23) число уравнений превышает число неизвестных, то необходимо установить условие ее совместности. Для этого из первых трех уравнений определяем При этом в дальнейшем будем использовать лишь наименьший положительный корень уравнения, приближенное значение которого определяется по формуле: (4.27) Вычисленное согласно (4.28) значение может использоваться лишь в качестве первого (грубого) решения при численных способах решения уравнения (4.26).Расчет переходных процессов в замкнутой системе (в соответствии с рисунком 1) выполним на Ц

Содержание

Введение

1. Техническое задание

2. Краткие сведения о модальном управлении

3. Выбор основных элементов САУ и расчет их параметров

3.1 Выбор электродвигателя

3.2 Выбор генератора

3.3 Расчет параметров структурной схемы САУ

4. Синтез замкнутой САУ

4.1 Вывод уравнений состояния системы

4.2 Вывод характеристического полинома системы

4.3 Вывод уравнений статики системы

4.4 Расчет коэффициентов обратных модальных связей

5. Расчет переходных процессов синтезированной САУ

6. Расчет и анализ графиков переходных процессов

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Основной целью курсовой работы по дисциплине "Теория управления” является закрепление и углубление теоретических знаний, полученных на лекциях и практических занятиях.

Главная задача курсовой работы - развитие навыков самостоятельного решения задач синтеза и анализа систем автоматического управления (САУ) конкретными техническими объектами на базе современных методов и с использованием вычислительной техники.

В процессе работы студент должен изучить основные этапы проектирования систем управления; показать твердые знания по современным методам их расчетов и уметь самостоятельно выполнять конкретные расчеты и исследования на современных ЦВМ.

Основной целью курсовой работы является закрепление и углубление теоретических знаний, полученных на лекциях и практических занятиях, а именно: развитие навыков самостоятельного решения задач синтеза и анализа систем автоматического управления (САУ) конкретными техническими объектами на базе современных методов и с использованием вычислительной техники.

В курсовой работе рассматривается система модального управления электроприводом постоянного тока. Задача модального управления состоит в определении коэффициентов безынерционных обратных связей по измеряемым переменным состояния объекта, обеспечивающих заданное "стандартное" характеристическое уравнение.

В соответствии с техническим заданием данной курсовой работы, требовалось: рассчитать коэффициент усиления КУ усилителя в прямом канале управления и коэффициенты передачи обратных модальных связей КТГ, КТЯ, КТВ, обеспечивающих заданные показатели качества замкнутой САУ;

построить графики переходных процессов синтезированной САУ по управлению и по возмущению для трех переменных объекта , ІЯ (t), ІВГ (t).

Основные расчеты проведены "вручную" с использованием вычислительной техники, а для расчетов переходных процессов в замкнутой системе использована программа TUTSIM.