Проектирование систем автоматического регулирования на персональном компьютере

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ Определить и построить временные характеристики объекта управления, амплитудную и фазовую частотные характеристики и определить особые точки (нули и полюса

Проектирование систем автоматического регулирования на персональном компьютере

Курсовой проект

Компьютеры, программирование

Другие курсовые по предмету

Компьютеры, программирование

Сдать работу со 100% гаранией

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проектирование систем автоматического регулирования

на персональном компьютере

ВВЕДЕНИЕ

автоматический регулятор принципиальная схема

В данном курсовом проекте будет спроектирована система автоматического регулирования. Проектирование заключается в выборе регулятора для объекта управления с заданной передаточной функцией. Необходимо выбрать такой регулятор, чтобы САР была устойчивой и обладала свойством астатизма. После выбора типа регулятора нужно подобрать оптимальные его параметры, при которых качество системы автоматического регулирования будет наивысшим.

Исследование объекта управления и системы автоматического регулирования производится при помощи программного пакета ТАУ. Данный программный пакет позволят исследовать САР во временной и частотной областях, а также выбрать оптимальные параметры регулятора. При определении переходной и импульсной функций объекта управления используется программный пакет MathCAD.

Заключительным этапом проектирования является разработка принципиальных схем регулятора и устройства сравнения. При разработке необходимо учесть, что регулятор является маломощным устройством, а объект управления потребляет большую мощность, следовательно нельзя включать регулятор и объект управления в одну цепь. Нужно установить устройство, разделяющее цепи регулятора и объекта управления, а также поставить датчик на объекте управления для снятия сигнала обратной связи.

СОДЕРЖАНИЕ

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

. ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ

.1 ПЕРЕХОДНАЯ И ИМПУЛЬСНАЯ ФУНКЦИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЬЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

.2 ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОСОБЫЕ ТОЧКИ ОБЬЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

. ВЫБОР ЗАКОНА РЕГУЛИРОВАНИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ СИСТЕМЫ

.1 ВЫБОР ЗАКОНА РЕГУЛИРОВАНИЯ

.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ СИСТЕМЫ

. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРА

.1 РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРА

.2 ПОСТРОЕНИЕ КОРНЕВЫХ ГОДОГРАФОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРА

. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПОСТРОЕНИЕ ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ПО КАНАЛУ УПРАВЛЕНИЯ С ВЫБРАННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ЗАКОНА РЕГУЛИРОВАНИЯ. ПОСТРОЕНИЕ КРИВОЙ ОШИБКИ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПОСТРОЕНИЕ АМПЛИТУДНОЙ И ФАЗОВОЙ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПОСТРОЕНИЕ ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ПО КАНАЛУ УПРАВЛЕНИЯ

.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПОСТРОЕНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ПО КАНАЛУ УПРАВЛЕНИЯ

. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ ПО КРИТЕРИЮ НАЙКВИСТА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАПАСА УСТОЙЧИВОСТИ ПО АМПЛИТУДЕ И ФАЗЕ

. ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА САР

. РАЗРАБОТАКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА СРАВНЕНИЯ И РЕГУЛЯТОРА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

автоматический регулятор принципиальная схема

Разработать систему автоматического регулирования (САР) для заданного объекта управления согласно номеру варианта (вариант № 81).

Произвести анализ и исследование процессов во временной и частотных областях, оценить устойчивость и выбрать оптимальные параметры регулятора. Разработать принципиальные схемы устройства сравнения и регулятора.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

  1. Определить и построить временные характеристики объекта управления, амплитудную и фазовую частотные характеристики и определить особые точки (нули и полюса передаточной функции);
  2. Основываясь на динамических свойствах объекта управления, выбрать закон регулирования, определить передаточные функции системы по каналу управления, по каналу возмущения, по ошибке и разомкнутой системы;
  3. Произвести выбор оптимальных параметров регулятора по минимуму линейной и квадратической интегральной оценке ошибки, определить и построить корневой годограф при изменении параметров регулятора;
  4. Определить и построить временные характеристики системы по каналу управления с выбранными параметрами закона регулирования. Построить кривую ошибки, определить и построить амплитудную и фазовую частотные характеристики;
  5. Оценить устойчивость системы по критерию Найквиста, определить запас устойчивости по амплитуде и фазе;
  6. Найти оценки качества САР;
  7. Разработать принципиальную схему устройства сравнения и регулятора.

Объект управления имеет следующую передаточную функцию:

,

 

где:

1. ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

.1 ПЕРЕХОДНАЯ И ИМПУЛЬСНАЯ ФУНКЦИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЬЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

 

Рис 1. Структурная схема звена объект управления

 

Объект управления характеризуется передаточной функцией W(t), которая представляет собой отношение изображения по Лапласу выходной величины Y(p) к изображению входной величины Х(p), т.е.

 

 

Заданный объект управления имеет следующую передаточную

функцию:

 

 

Для определения переходной и импульсной функций осуществим обратные преобразования Лапласа с помощью программы MathCAD.

Переходная характеристика является откликом объекта управления на единичное ступенчатое воздействие 1(t) - функцию Хевисайда. Учитывая, что X(p) = L{1(t)} = 1/p, H(p) определится:

.

 

Оригинал переходной функции h(t) = L-1{H(p)} имеет вид:

 

.

 

Весовая характеристика является откликом объекта управления на единичный импульс δ(t) - функцию Дирака. Учитывая, что X(p) = L{1(t)} = 1, Y(p) определится:

 

.

 

Оригинал весовой функции ω(t) = L-1{Y(p)} имеет вид:

 

.

 

Зная переходную и импульсную функции, построим временные характеристику нашего объекта управления.

 

Рис. 2. Переходная и импульсная характеристики объекта управления.

1.2 ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОСОБЫЕ ТОЧКИ ОБЬЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

 

Частотные характеристики - это формулы и графики, характеризующие реакцию звена на синусоидальное входное воздействие в установившемся режиме.

 

Аналитические выражения для частотных характеристик получены путём замены p = jω. Частотная передаточная функция в общем виде представляет собой комплексное выражение от действительной переменной ω:

 

,

(ω) - вещественная составляющая;(ω) - модуль; (ω) - мнимая составляющая;

φ(ω) - аргумент; .

 

;

;

;

;

 

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) - зависимость модуля М(ω) от частоты, а фазовая частотная характеристика (ФЧХ) - зависимость аргумента φ(ω) от частоты.

Логарифмические амплитудная и фазовая частотные характеристики (ЛАЧХ и ЛФЧХ) - это графики зависимостей L(ω)АЧХ = 20lg[M(ω)] и φ(ω) от логарифма частоты - lg[ω].

Кривую, которую описывает конец вектора, модуль которого равен M(ω), а аргумент - φ(ω), при изменении частоты от 0 до ∞ называю амплитудно-фазовой частотной характеристикой (АФЧХ).

 

Рис. 3. АЧX объекта управления

 

Передаточные функции содержат особые точки на комплексной плоскости - нули и полюса. Полюса - это те значения p, при которых передаточная функция превращается в бесконечность. Для определения полюсов необходимо собственный оператор (знаменатель передаточной функции) приравнять к нулю и произвести решение алгебраического уравнения относительно p. Нули - это те значения p, при которых передаточная функция равна нулю. Для нахождения нулей числитель передаточной функции приравнивается к нулю, и полученное алгебраическое уравнение решается относительно p.

Для определения частотных характеристик объекта управления воспользуемся программой CONTROL из программного пакета ТАУ.

 

Рис. 4. ЛАЧХ и ЛФЧХ объекта управления Рис. 5. АФЧХ объекта управления

 

Рис. 6. Особые точки объекта управления Рис. 7. АЧX объекта управления

 

Вывод: в данном пункте определили и построили временные характеристики объекта управления (далее ОУ), ЛАЧХ и ФЧХ и определили особые точки (нули и полюса передаточной функции). Как видно из временных характеристик объект управления обладает хорошей переходной характеристикой, поскольку в динамическом режиме не наблюдаются колебательные процессы и установившийся режим устанавливается за допустимый временной интервал. Расположение полюсов передаточной функции слева от мнимой оси комплексной плоскости свидетельствует об устойчивости системы.

Исходя из полученных результатов исследования объекта управления, можно сказать, что для данного ОУ удастся улучшить характеристики путем регулирования.

2. ВЫБОР ЗАКОНА РЕГУЛИРОВАНИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ СИСТЕМЫ

 

.1 ВЫБОР ЗАКОНА РЕГУЛИРОВАНИЯ

 

Структурная схема разрабатываемой системы представлена ниже.

 

Рис. 8. Структурная схема САР

(p) - передаточная функция регулятора;(p) - передаточная функция объекта управления;(t) - задающее воздействие;

Δ(t) - ошибка (отклонение);(t) - управляющее воздействие;(t) - возмущающее воздействие;(t) - рабочий параметр.

 

В разрабатываемой системе реализован принцип замкнутого управления (управления по ошибке или по отклонению). Суть этого принципа состоит в том, что на вход регулятора поступает сигнал ошибки Δ(t), который представляет собой разность задающего воздействия x(t) и рабочего параметра y(t). В зависимости от ошибки регулятор вырабатывает управляющий сигнал U(t), к

Похожие работы

1 2 3 4 > >>