Синтез системы автоматического управления устройства в соответствии с требованиями заказчика - Курсовая работа

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине "Теория автоматического управления". Цель курсовой работы - провести синтез системы в соответствии с требованиями заказчика. Задача курсовой работы - согласно ТЗ, необходимо рассчитать автоматическое управляющее устройство (управление режимом сверления при изменении условий обработки), при введении которого система будет удовлетворять предъявленным к ней в техническом задании требованиям.4.1.2 Определение величины Х0 ступенчатого сигнала, при котором система работает в зоне линейности УМФункциональная схема замкнутой системы управления представлена на рисунке 2. Данная схема содержит в прямой цепи: последовательно включенные усилительно-преобразовательный элемент (УПЭ), исполнительный механизм (ИМ), объект управления (ОУ), а в цепи обратной связи: датчик обратной связи (ДОС).Структурная схема замкнутой системы управления представлена на рисунке 4. Передаточные функции ОУ, ИМ и ДОС известны: Параметры: Ta, Тв, Tc заданы в техническом задании Статическая характеристика УПЭ представлена на рисунке 5.Коэффициент усилителя мощности найдем из характеристики, указанной на рисунке 5, для линейной зоны усиления: Для проверки линеаризованной системы по алгебраическому критерию, необходимо записать ХУ ЗС. Это уравнение имеет вид: 1 Wp(s)=0 (1) Так как общий вид ХУ ЗС имеет вид: (5) то запишем коэффициенты ХУ ЗС: · а0=0.00000144Для начала проверим соответствие нашей системы по требованию показателя колебательности. Порядок выполнения проверки: · Запишем передаточную функцию системы Фдос(j ) по выходу датчика обратной связи; Далее проведем проверку по относительной ошибке при воспроизведении сигнала с максимальной скорость 9 В/с и максимальным ускорением 17 В/с2. Порядок выполнения проверки: · Запишем передаточную функцию разомкнутой системы Wp(j ) (смотри рисунок 8); · Запишем передаточную функцию по ошибке: · Относительную ошибку определим следующим образом: · Перейдем к типовому гармоническому сигналу: · Поделив уравнение (11) на уравнение (10) и подставив значения из ТЗ определим : · Подставим в передаточную функцию по ошибке, тем самым определим значение относительной ошибки и сравним его со значением из ТЗ.Структурная схема системы с пропорциональным регулятором представлена на рисунке 9.· С учетом всех преобразований, подстановки в передаточную функцию получим: · Подставим выражение (14) в выражение (12), получим: · Из (16) определим интервал для : [c].Теперь определим показатель колебательности, подставив значения согласно рисунку 10 в выражение (9). Полученное значение показателя колебательности, превышает заданное (>1.2). Далее проведем проверку по относительной ошибке.Построение желаемой ЛАЧХ условно разбивают на 3 частка: · Низкочастотный (нч) участок; НЧ - участок отвечает за точность воспроизведения входного сигнала, чем шире это участок, тем больше диапазон частот воспроизведения системой без заметного ослабления. СЧ - участок определяет устойчивость и качество системы в переходном режиме. Из выражения (18): Тогда: При построении НЧ участка, нужно учесть, что система имеет астатизм 1-го порядка, следовательно, низкочастотная асимптота имеет наклон-20 ДБ/дек. Определим значение ординаты пересечения низкочастотной асимптоты с осью L, используя следующую формулу: Таким образом, запретная зона по точности образуется линией с наклоном-20 ДБ/дек, пересекающей ось ординат в точке и заканчивающейся в контрольной точке, а также перпендикуляром, опущенным из контрольной точки на ось абсцисс.Проводить анализ будем аналогично предыдущим пунктам проверки на соответствие ТЗ. Для начала проверим систему на соответствие ТЗ по показателю колебательности. Умножим полученный результат на 100, получим относительную ошибку в процентах: Полученное значение относительной ошибки не превышает значение ТЗ.1) Определение запасов устойчивости системы: Запасы устойчивости будем проверять по ЛЧХ системы, выполненной ниже. Правило определения запасов устойчивости: запас по фазе ?? отсчитывается по ЛФХ на частоте среза wcp, а запас по амплитуде ?L соответствует значению ЛАЧХ на критической частоте wkp, взятому с обратным знаком. Полученный нами показатель укладывается в диапазон, следовательно, система обладает хорошими показателями по качеству. 1) Оценка ППК по переходной характеристике: Для получения переходных характеристик системы используем "MATHCAD". Время регулирования это значение, при котором переходная характеристика последний раз пересекает линию со значением 1.05, методом подбора в прикладном пакете "MATCHCAD эта точка равна: Теперь определим перерегулирование СУ: 4) Оценка прямых показателей качества по ВЧХ "вход-выход ДОС".АФИ показывают, как изменение амплитуды и сдвиг фаз выходного сигнала относительно входного сигнала. Расчет будем проводить на частоте ?0 (частота, для которой амплитуда установившихся колебаний на выходе усилителя мощности равна 110 [В] при амплитуде входного сигнала = 1 [В]). Эту частоту можно легко определить п

Оглавление

Введение

1. Анализ исходной системы

1.1 Функциональная схема замкнутой системы

1.2 Структурная схема замкнутой системы управления

1.3 Анализ устойчивости исходной линеаризованной системы по алгебраическому критерию

1.4 Анализ соответствия исходной системы требованиям технического задания

2. Синтез регулятора

2.1 Система с пропорциональным регулятором

2.1.1 Структурная схема линеаризованной системы с пропорциональным регулятором

2.1.2 Определение коэффициента усиления пропорционального регулятора

2.1.3 Анализ системы с пропорциональным регулятором на соответствие ее требованиям ТЗ; вывод об эффективности проведенной коррекции

2.2 Синтез системы методом ЛАЧХ

3. Анализ скорректированной по методу ЛАЧХ системы в частной области

3.1 Анализ системы на соответствие скорректированной системы требованиям ТЗ

3.2 Расширенный анализ качества скорректированной системы

3.2.1 Анализ качества системы в переходном режиме

3.2.2 Анализ системы в установившемся режиме

4. Отработка типовых входных сигналов

4.1 Единичный ступенчатый сигнал

4.1.1 Построение переходных характеристик системы по выходу ОУ и ДОС