Определение передаточной функции объекта управления. Процесс формирования знаний теории линейных одноконтурных автоматических систем регулирования. Анализ переходных процессов регулирования с использованием цифровой и аналоговой вычислительной техники.
Аннотация к работе
закрепление умений применять на практике инженерные способы выбора настроек регулятора и анализа переходных процессов регулирования с использованием цифровой и аналоговой вычислительной техники;Для объекта управления, который описан дифференциальным уравнением 2-го порядка с запаздыванием, выбрать регулятор, который способен обеспечить заданное качество переходных процессов регулирования. С использованием ЭВМ вычислить настройки регулятора, проверить предусмотренный переходный процесс расчетом его координат и моделированием на ЭВМ.Способ, который применяется в данной работе для расчета настроек регулятора, основанный на свойствах комплексно-частотной характеристики, расширенной по показателям колебания.Результаты математического описания действующего объекта управления, который создается, наиболее часто представлены в виде дифференциального уравнения. Для теплоэнергетики характерны объекты, которые имеют инерционность и запаздывание, поэтому их дифференциальные уравнения могут иметь вид Соответственно передаточная функция объекта по каналу возмущения будет иметь вид Передаточная функция объекта по каналу регулирования может и по инерционным свойствам, и по коэффициенту передачи отличаться от канала возмущения. Изображение по Лапласу выходной функции объекта можно получить, если «пропустить» через объект входное воздействиеВычисление корней характеристического уравнения р2 и р3 при р1=0, а также построение кривой разгона объекта 2-го порядка осуществляется при помощи соответствующих инженерных пакетов программ. Перевод задачи в частотную область совершается путем формальной замены полной комплексной независимой s ее чисто комплексной частью График КЧХ можно построить на плоскости в полярных или прямоугольных координатах. В первом случае запись выражения КЧХ представляется в виде модуля и аргумента комплексного числа где Моб - модуль; Поэтому действительную и мнимую чисти КЧХ объекта по каналу регулирования можно определить по формуламПри анализе устойчивости одноконтурной АСР (рисунок 3), которая включает в себя объект и ПИ-регулятор, в первую очередь необходимо выяснить, в каких пределах можно варьировать параметры его настроек Kp ИTU для каждой из возможных частот без риска получить переходный процесс регулирования, который расходится. То есть в плоскости параметров Kp ИTU (удобнее - и ) определяется область, внутри которой все комбинации настроек дадут устойчивые затухающие переходные процессы (ПП). Схема одноконтурной АСР, которая включает в себя объект 2-го порядка с запаздыванием и ПИ-регулятор. Передаточная функция ПИ-регулятора имеет вид: (19)Для данной АСР предел области устойчивости должен размещаться в верхней полуплоскости параметров.Определению подлежат настройки, которые лучше обеспечивают заданную степень колебания (степень затухания) для ПП где и-соответственно 1-е 3-е динамические отклонения регулированной величины от значения, которое установилось. Корневой показатель колебания, в свою очередь, связана с комплексной плоскостью корней характеристического уравнения АСР; буквально означает модуль отношения действительной части комплексного корня к мнимой. С теории автоматического управления известно, что если сопряженные корни характеристического уравнения находятся в левой полуплоскости корней, то ПП имеет затухающую колебательную составляющую. Характеристическое уравнение 3-го порядка может иметь, кроме этого, действительный корень, который тоже должен находиться в левой полуплоскости. Уравнения более высоких порядков могут иметь несколько пар корней, однако значение, которое определяет для результирующего ПП, имеет та пара корней, которая характеризуется н6аименьшим (по модулю) отношением действительной координаты к мнимойСледуя теории, максимум построенной кривой - оптимальные настройки ПИ-регулятора. Для наглядности объединим графическое изображение зоны устойчивости и линии m = 0.48 (рисунок 7)Как и раньше, дана КЧХ - Wpc( ) рассчитывается и строится по действительной и мнимой составляющими.Графическое изображение КЧХ разомкнутой АСРМетод разработан в 60-е года профессором кафедры АТП Л.И. Коном. Он ориентирован на регулирование многоемкостных тепловых процессов, которые имеют запаздывание. Таким образом, объект управления идентифицируется моделью с передаточной функцией: Была построена кривая разгона (см. пункт 3.2.) и обработана, в результате чего найдены величины: с с Таким образом, для , , оптимально приведенные настройки и необходимо брать в строке, соответствующей минимальному значению линейного критерия качества ПП, , , . В предложенном методе принято три типичных переходных процесса регулирования: апериодический (неколебательный), процесс с 20%-м регулированием и процесс с минимальной квадратичной ошибкой .Рассмотрим влияние оптимальных параметров ПИ-регулятора на переходный процесс регулирования, полученных следующими методами: 1. Переходные процессы регулирования АСР с ПИ-регулятором и объектом 2-го порядка с запаздыванием: 1 - ПП регулирования с настройками ПИ-регулятора, расс
План
Содержание
1. Цель курсовой работы
2. Постановка технической задачи и исходные данные
3. Порядок выполнения курсовой работы
3.1 Определение передаточной функции объекта управления
3.5 Теоретические сведения, требуемые для построения зоны устойчивости АСР
3.6 Построение зоны устойчивости АСР
3.7 Теоретические сведения, необходимые для аналитического расчета оптимальных настроек ПИ-регулятора
3.8 Построение линии m=0.48 и определение оптимальных настроек ПИ-регулятора
3.9 Теоретические сведения, требуемые для построения КЧХ разомкнутой АСР
3.10 Построение КЧХ разомкнутой АСР. Определение запаса устойчивости по модулю и фазе
3.11 Выбор настроек ПИ-регулятора по методу Кона
3.12 Выбор настроек ПИ-регулятора по методу
3.13 Сравнение переходных процессов регулирования с оптимальными настройками ПИ-регулятора, полученными различными методами
Вывод
Список использованной литературы
1. Цель курсовой работы
- формирование знаний теории линейных одноконтурных автоматических систем регулирования (АСР);
Вывод
В данной курсовой работе для инерционного объекта управления второго порядка с запаздыванием был выбран ПИ-регулятор, который способен обеспечить заданное качество переходных процессов регулирования. Оптимальные настройки ПИ-регулятора были рассчитаны тремя способами: аналитическим методом (при помощи расширенной КЧХ), методом Л.И.Кона, методом А.П.Копеловича. Аналитический метод основан на построении расширенной КЧХ, на максимуме которого находятся оптимальные настройки ПИ-регулятора, т.е. по оси х находят значение Кр , а по оси у - отношение , из которого находят время изодрома . Методы Кона и Копеловича основаны на обработке кривой разгона объекта второго порядка с запаздыванием, т.е. нахождении полного запаздывания и времени разгона . По отношению по методу Кона выбираются оптимальные настройки ПИ-регулятора из таблиц приведенных настроек Кона, а по методу Копеловича при m = 0.48 - по номограмме Копеловича для апериодического процесса. Таким образом, получив три переходных процесса регулирования при помощи соответствующего инженерного пакета программ, можно провести сравнительный анализ трех методов. При выборе настроек по методу Копеловича, получаем наименьшее первое максимальное отклонение ?x1, но наибольшее время регулирования, кроме того существует большая вероятность погрешности при работе с номограммой. Аналитический метод хоть и дает большое ?x1, но дает намного меньше время регулирования. В инженерной практике целесообразнее использовать метод Кона для выбора оптимальных настроек, т.к. он хоть и дает больше первое отклонение, но дает достаточно меньшее время регулирования, чем в двух остальных случаях, и проще осуществляется с точки зрения аналитики. Также была построена КЧХ разомкнутой АСР. В результате были сформированы знания теории линейных одноконтурных автоматических систем регулирования (АСР); закрепились умения применять на практике инженерные способы выбора настроек регулятора и анализа переходных процессов регулирования с использованием ЭВМ, а также приобретены профессиональные знания путем моделированияна ЭВМ, графических построений и сравнительного анализа результатов.
Список литературы
1. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Теория автоматического управления» для студентов ТА /О.Н. Харабет - Одесса: ОДПУ, 2000
2. Методические указания и таблицы для выбора настроек ПИ- и П - регуляторов в одноконтурных системах регулирования тепловых объектов с запаздыванием. /Л.И.Кон. - Одесса: ОПИ, 1975
3. Климовицкий М.Д., КОПЕЛОВИЧА.П.. Автоматический контроль и регулирование в черной металлургии: Справочник. - М.: Металлургия, 1967.-с.372-378; 417-425.
4. Иващенко Н.Н.. Автоматическое регулирование. - М.: Машиностроение, 1978. - с. 403-420.
5. Стефани Е.П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов. - М.: Энергия, 1972.-с.198-211; 330-341.
6. Методические указания по методике моделирования на аналоговых вычислительных машинах / Ю.К.Тодорцев, А.Н.Гайдар, В.Г.Килимник - Одесса: ОПИ, 1982.
7. Попович М.Г., Ковальчук О.В..Теорія автоматичного керування: Підручник для вищих технічних закладів освіти. - К.: Либідь, 1997.