СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
Кафедра Автоматики и процессов управления
Курсовая работа
по дисциплине
“Основы автоматического управления”
Вариант № 31
Выполнил:
Ст. гр. 1585
Преподаватель:
СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
2013 г.
 |
ТЕМА 31
Рис.1
Структурная схема СУ
 |
Рис.2
Операторы звеньев
Звено 1. Фильтр. W1=1/(0.01s+1).
Звено 2. Коррекция последовательного типа. Исходная ПФ W2=1/1.
Звено 3. Усилитель. W3=200.
Звено 4. Усилитель мощности. W4=10/(0.1s+1).
Звено 5. Двигатель. W5=2/(2s+1)(0.1s+1).
Звено 6. Редуктор. W6=0.002/s.
Звено 7. Датчик угла поворота. W7=1/1.
Коэффициент передачи цифровой части Kцч=1.
Функциональная схема исходной СУ представлена на рис.1. Структурная схема приведена на рис.2. На предыдущих этапах проектирования обеспечены необходимые астатизм и контурное усиление. Операторы и параметры всех звеньев (кроме корректирующего) изменению не подлежат.
Провести анализ качества исходной системы. При необходимости обеспечить динамику СУ – т. е. качество переходного процесса.
Требования к переходному процессу: перерегулирование s £ 15%.
1. Ввод в ЭВМ модели СУ с использованием программы CLASSiC-3
Структурная схема, представленная на рис.2, вводится в графическом редакторе программы CLASSiC-3. Отрицательная обратная связь обеспечивается инвертированием знака входного порта звена 1.
Модель исходной системы сохраняется в файле ###.mdl.
Для контроля правильности ввода операторов звеньев приводится текстовая сводка модели:
==============================
Количество блоков: 7
Количество связей: 7
=========================================================
| | Передаточные функции | |
| Блоки || Связи |
| | Числитель |Знаменатель|Степень| |
=========================================================
| #1 | 1 | 1 | 0 | 2 |
| "Filter" | | 0.01 | 1 | |
| Вход | | | | |
|-|||-------||
| #2 | 1 | 1 | 0 | 3 |
| "correct" | | | | |
|-|||-------||
| #3 | 200 | 1 | 0 | 4 |
| "Usilit" | | | | |
|-|||-------||
| #4 | 10 | 1 | 0 | 5 |
| "usilmosh" | | 0.1 | 1 | |
|-|||-------||
| #5 | 2 | 1 | 0 | 6 |
| "dvigatel" | | 2.1 | 1 | |
| | | 0.2 | 2 | |
|-|||-------||
| #6 | 0.002 | 0 | 0 | 7 |
| "reduktor" | | 1 | 1 | |
| Выход | | | | |
|-|||-------||
| #7 | 1 | 1 | 0 | -1 |
| "datchik" | | | | |
=========================================================
2. Анализ характеристик исходной системы
Корни характеристического полинома замкнутой СУ.
Ном. Система
Нули:
Корни отсутствуют - полином нулевой степени
Полюсы:
p1 = 0.126682 +1.887964j
p2 = 0.126j
p3 = -10.376433 +2.011626j
p4 = -10.376j
p5 = -100.000496
Оценка устойчивости и ее запасов по корням:
система неустойчива
График переходного процесса приведен на рис.3
Рис.3
Выводы о поведении исходной СУ и о необходимости синтеза динамики.
процесс расходится. требуется корректировка.
3. Синтез оператора корректирующего устройства
(выполняется совместно с преподавателем)
Порядок выполнения раздела 3
3.1. С использованием программы CLASSiC-3 cтроится ЛАХ Lисх(w) исходной разомкнутой системы на графике максимально возможного масштаба – см. рис. 4.
3.2. Средствами рисования WORD’а строятся линии частот сопряжения и строится асимптотическая ЛАХ (см. рис. 4).
3.3. Формируется типовая “желаемая” асимптотическая ЛАХ Lж(w), согласованная с ЛАХ исходной системы.
Требования к Lж(w):
· В диапазоне средних частот Lж(w) имеет наклон –20 дБ/дек в “коридоре” ±20 дБ;
· На высоких частотах (справа от участка с наклоном –20 дБ/дек) Lж(w) совпадает с Lисх(w);
· На низких частотах (слева от участка с наклоном –20 дБ/дек) Lж(w) совпадает с Lисх(w);
Желаемая асимптотическая ЛАХ средствами рисования WORD’а строится на рис. 4.
3.4. Строится асимптотическая ЛАХ Lк(w) звена коррекции (на рис. 4).
3.5. По ЛАХ звена коррекции записывается его ПФ Wк(s).
На рис.4 представлены ЛАХ Lисх(w), Lж(w) и Lк(w).
Рис. 4
Оператор звена коррекции
Для данной СУ
.
4. Анализ характеристик скорректированной системы
4.1. Расчет ЧХ разомкнутой СУ
Используется модель исходной разомкнутой СУ, в которой установлено начальное значение Wк=1/1. По ней строятся характеристики исходной разомкнутой системы. В окне Характеристики, Передаточные функции, вводится рассчитанный оператор Wк(s). В результате на графиках образуются характеристики разомкнутых исходной системы, скорректированной системы и звена коррекции.
На рис.5 построены указанные ЛАЧХ и ЛФЧХ.
Рис. 5
Вывод о соответствии ЛАЧХ, представленных на рис. 4 и рис. 5.
…
Частотные показатели качества скорректированной СУ:
Частота среза: 0.4656 рад/с
Запас по фазе: 1.3657 град
Частота пи: 0.4782 рад/с
Запас по модулю: 0.4314 дБ
Запас по фазе показан на рис.5.
4.2. Расчет характеристик замкнутой СУ.
Оператор звена коррекции вводится в структурную схему системы. Для этого в окне характеристик используются команды меню Расчеты, Обновить Вар. блок. Полученная скорректированная модель дополняется обратной связью и записывается в новый файл.
Снова рассчитываются характеристики уже замкнутой скорректированной СУ.
На рис.6. показан переходный процесс в скорректированной СУ. Отмечено время первого согласования t1, характеризующее быстродействие системы.
Рис. 6
Показатели качества переходного процесса:
Время регулирования: 4.2828 с.
Перерегулирование: 4.21%.
Вывод о соответствии требуемому качеству по динамике переходного процесса:
Процесс урегулирован. Перерегулировка не превышает 15%.
На рис.7 показана ЛАЧХ замкнутой системы и отмечена полоса пропускания wп.
Рис.7
Коэффициент связи полосы пропускания и быстродействия системы
d = t1wп = 1.57*2.272=3.56704
Заключение
В ходе курсовой работы, мною был произведен анализ качества системы и обеспечена динамика СУ, были соблюдены условия перерегулировки переходного процесса и приобретены навыки выполнения корректировки с помощью программы CLASSiC.
