Лабораторная работа №7 " настройка регуляторов типовых одноконтурных систем" Цель работы




НазваниеЛабораторная работа №7 " настройка регуляторов типовых одноконтурных систем" Цель работы
Дата конвертации03.04.2013
Размер105.25 Kb.
ТипЛабораторная работа
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

НАСТРОЙКА РЕГУЛЯТОРОВ ТИПОВЫХ ОДНОКОНТУРНЫХ СИСТЕМ”


  1. Цель работы


Изучение влияния настроечных параметров регулятора на динамические свойства САУ и методик настройки САУ на МО и СО.


  1. Краткие теоретические сведения


САУ может быть приведена к простейшей одноконтурной алгоритмической схеме (рис. 1).




Рис. 1. Алгоритмическая схема типовой одноконтурной системы
На схеме  – передаточная функция регулятора,  – передаточная функция объекта управления.

Простейший типовой алгоритм управления реализуется при помощи безынерционного звена с передаточной функцией

. (1)

Этот закон регулирования называется пропорциональным (П).

Преимущество П-регулятора – простота и быстродействие, недостаток – ограниченная точность.

Закон регулирования, которому соответствует передаточная функция регулятора

, (2)

называется интегральным (И). И-регулятор реагирует на длительные отклонения управляемой величины от заданного значения. Кратковременные отклонения сглаживаются таким регулятором.

Преимущества интегрального закона по сравнению с пропорциональным законом – лучшая точность в установившихся режимах, недостатки – худшие свойства в переходных режимах (меньшее быстродействие и большая колебательность).

Наибольшее распространение получил пропорционально-интегральный (ПИ) закон регулирования

. (3)

Наличие интегральной составляющей в ПИ-законе обеспечивает высокую точность в установившихся режимах, а при определенном соотношении коэффициентов и обеспечивает хорошие показатели и в переходных режимах.

Наилучшее быстродействие достигается при пропорционально-дифференциальном (ПД) законе регулирования

. (4)

ПД-регулятор реагирует не только на величину сигнала ошибки, но и на скорость его изменения. Благодаря этому при управлении достигается эффект упреждения. Недостатком пропорционально-дифференциального закона регулирования является ограниченная точность.

Наиболее универсальным является пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) закон

, (5)

который сочетает в себе преимущества более простых ранее рассмотренных законов.

В литературе принято ПИД-закон записывать в форме [2]

, (6)

где ; ; ;

– передаточный коэффициент регулятора;

– постоянная времени интегрирования;

– постоянная времени дифференцирования.

Связь между коэффициентами уравнений (5) и (6) очевидна из почленного сравнения этих уравнений.

Если допустить, что САУ имеет ПИД-регулятор, то алгоритмическая схема типовой одноконтурной системы представляется в виде, показанном на рис. 2.

В зависимости от типа и порядка объектов, а также соотношений между их постоянными времени настройка контура регулирования осуществляется либо по критерию модульного оптимума (МО), либо по критерию симметричного оптимума (СО) (рис. 3).
ПИД-регулятор



Рис. 2. Одноконтурная САУ с ПИД-регулятором
Изложим сущность метода оптимизации амплитудной характеристики для расчета настроечных параметров типовых регуляторов, используемых для управления следующими объектами без запаздывания [2]:

, (7)

, (8)

, (9)

, (10)

где , причем в общем случае сомножитель с наименьшей постоянной времени приближенно заменяет собой несколько инерционных звеньев с еще более малыми постоянными времени .

Моделями (7)–(10) обычно пользуются для приближенного описания объектов, входящих в типовые контуры регулирования систем управления электроприводами (контуры регулирования напряжения, тока и частоты вращения).

Таблица 1





Передаточная функция

объекта

Условия

применения

Крите-

рий

Параметры регулятора













МО





_



СО





_





СО





_



СО












МО









СО









СО








В зависимости от типа и порядка (7)–(10), а также соотношений между их постоянными времени, настройка контура регулирования осуществляется либо по критерию МО, либо по критерию СО (табл. 1).

Настроечные параметры регуляторов , и , обеспечивающие получение определенных показателей качества, будем называть гарантирующими.

Если у объекта второго порядка (8) , то предпочтителен критерий МО. Для выполнения требований критерия применяют ПИ-регулятор

(11)

с постоянной времени интегрирования , равной наибольшей постоянной времени объекта . Тем самым достигается полная компенсация этой наибольшей постоянной времени.

Передаточная функция разомкнутого контура принимает вид

(12)

и совпадает с передаточной функцией разомкнутого контура колебательной модели, для которой критерий МО сводится к условию . Отсюда в соответствии с ранее приведенными формулами для колебательной модели ; находим

. (13)

Учитывая, что для рассматриваемого контура с ПИ-регулятором


, (14)

получим, кроме (13), второе условие настройки на МО

. (15)

На рис. 3, а показаны логарифмическая амплитудно-частотная характеристика разомкнутого контура и переходная характеристика замкнутой системы с объектом (10) и ПИ-регулятором, настроенным на МО.

На рис. 3, б приведена логарифмическая амплитудно-частотная характеристика и переходная характеристика разомкнутой системы, настроенной на симметричный оптимум. Из рис. 3, б видно, что логарифмическая амплитудно-частотная характеристика имеет симметричную форму, поэтому подход к выбору настроек регулятора получил название симметричного оптимума. Переходный процесс в одноконтурной замкнутой системе при этом характеризуется большим перерегулированием.

Выводы о влиянии критериев настройки и параметров регулятора на показатели переходного процесса:

  1. Увеличение передаточного коэффициента приводит к уменьшению перерегулирования.

  2. Увеличение постоянной интегрирования приводит к увеличению времени переходного процесса и снижению перерегулирования.

  3. Критерий МО предпочтителен при оптимизации систем, отрабатывающих в основном задающее воздействие.

  4. Критерий СО целесообразно применять при настройке стабилизирующих систем, отрабатывающих в основном возмущающее воздействие.





L() h(t)
-20 1/2T0м 1/T0м

1

lg  = 4,3%;

-40 tп  4,5Т0м

0 t
а
L() h(t)

-40

1/4T0м 1/2T0м 1/T0м
1

-20 lg  = 43%

tп  3,1Т0м

-40 0 t

б

Рис. 3. Частотные и переходные характеристики одноконтурной системы регулирования, настроенной по критериям модульного (а) и симметричного (б) оптимумов





  1. Задание для выполнения работы




  1. Изучить основные законы регулирования.

  2. Изучить структуры регуляторов, соответствующих законам регулирования.

  3. Произвести выбор типа регулятора в зависимости от структуры объекта управления и расчет настроечных параметров регулятора.

  4. Провести экспериментальное исследование свойств САУ с различными типами регуляторов.


4. Порядок выполнения работы


  1. Набрать структурную схему одноконтурной замкнутой САУ с ПИД-регулятором в среде моделирующей программы CLASSIC-3 (рис. 4). Передаточную функцию по возмущающему воздействию установить равной

.

  1. Возмущающее воздействие установить равным нулю, а обратную связь установить единичной.

  2. Отредактировать передаточную функцию объекта управления согласно (8) по заданному варианту табл. 2.

Таблица 2


№ варианта

1

2

3

4

5

6

7

8



10

11

15

14

13

12

10

9



0,10

0,12

0,14

0,15

0,11

0,14

0,15

0,12



0,30

0,36

0,42

0,45

0,33

0,36

0,40

0,30




Рис. 4. Структурная схема одноконтурной САУ


  1. Определить по табл. 1 тип регулятора, критерий оптимума и рассчитать настроечные параметры регулятора , , . Если дифференциальная составляющая в регуляторе не должна присутствовать, то ее передаточная функция в структурной схеме приравнивается нулю. Данные занести в табл. 3.

  2. Снять переходный процесс в системе и определить его длительность и перерегулирование при возмущающих воздействиях и . График переходного процесса зарисовать или скопировать программно-аппаратными средствами компьютера.

  3. Разомкнуть систему (рис. 5).

  4. Снять логарифмическую амплитудно-частотную характеристику разомкнутой САУ.

  5. Определить частоты среза и сопряжения . Проверить соответствие , .

Таблица 3


Настроечный

параметр

Расчетная

формула

Расчетное значение

Критерий

оптимума































  1. Отредактировать передаточную функцию (9) объекта управления согласно заданному в табл. 3 варианту.

  2. Выполнить задания по пунктам 3, 4 и 5.



Рис. 5. Структурная схема разомкнутой САУ


  1. Содержание отчета


В отчете привести задание на выполнение лабораторной работы, структурные схемы исследуемых систем, расчеты настроечных параметров регуляторов, экспериментальные переходные характеристики, логарифмические амплитудно-частотные характеристики, выводы и ответы на вопросы.


  1. Вопросы


1. Как называются основные законы регулирования?

2. Какими достоинствами и недостатками характеризуются каждый из законов регулирования?

Похожие:

Лабораторная работа №7 \" настройка регуляторов типовых одноконтурных систем\" Цель работы iconЛабораторная работа № Моделирование и исследование характеристик типовых динамических звеньев систем автоматического управления Цель работы
Целью лабораторной работы является получение навыков разработки электронных моделей типовых динамических звеньев сау, исследование...
Лабораторная работа №7 \" настройка регуляторов типовых одноконтурных систем\" Цель работы iconЛабораторная работа №1 Тема: «Моделирование и исследование характеристик типовых динамических звеньев систем автоматического управления»
Цель работы: получение навыков разработки электронных моделей типовых динамических звеньев сау, исследование их частоты и переходных...
Лабораторная работа №7 \" настройка регуляторов типовых одноконтурных систем\" Цель работы iconЛабораторная работа №4 " коррекция автоматической системы" Цель работы Исследование влияния средств коррекции на свойства систем автоматического управления
К необходимости увеличения коэффициента усиления, что неизбежно приводит к снижению запасов устойчивости и даже к потере системой...
Лабораторная работа №7 \" настройка регуляторов типовых одноконтурных систем\" Цель работы iconЛабораторная работа №6 " коррекция автоматической системы" Цель работы Исследование влияния средств коррекции на свойства систем автоматического управления
К необходимости увеличения коэффициента усиления, что неизбежно приводит к снижению запасов устойчивости и даже к потере системой...
Лабораторная работа №7 \" настройка регуляторов типовых одноконтурных систем\" Цель работы iconЛабораторная работа. «Основы виртуальных машин. Инсталляция и настройка ос windows xp». Цель работы
Цель работы: сформировать навыки и умения устанавливать операционную систему Windows xp на виртуальную машину Virtual pc console,...
Лабораторная работа №7 \" настройка регуляторов типовых одноконтурных систем\" Цель работы iconЛабораторная работа №4 Исследование характеристик типовых звеньев при различных их соединениях
Цель работы: Рассмотреть возможности изменения характеристик типовых звеньев, используя различные их соединения
Лабораторная работа №7 \" настройка регуляторов типовых одноконтурных систем\" Цель работы iconЛабораторная работа №1 Исследование линейных систем Цель работы
Ознакомление с базовыми свойствами линейных разомкнутых систем. Определение характеристик линейной разомкнутой системы: нулей и полюсов,...
Лабораторная работа №7 \" настройка регуляторов типовых одноконтурных систем\" Цель работы iconЛабораторная работа выделение и очистка органических соединений методами перекристаллизации и возгонки цель работы цель работы
Цель работы – ознакомление с основными приемами работы в лаборатории органической химии, лабораторными приборами и посудой, методами...
Лабораторная работа №7 \" настройка регуляторов типовых одноконтурных систем\" Цель работы iconЛабораторная работа № Хаотические свойства нелинейных систем Цель работы
Познакомиться с хаотическими свойствами простых нелинейных систем. Исследовать при помощи паутинных диаграмм хаотические свойства...
Лабораторная работа №7 \" настройка регуляторов типовых одноконтурных систем\" Цель работы iconЛабораторная работа №3 частотный анализ типовых звеньев цель работы
Сущность метода частотных характеристик заключается в том, что на вход исследуемой системы подается гармонический сигнал (синусоидальные...
Разместите кнопку на своём сайте:
kurs.znate.ru


База данных защищена авторским правом ©kurs.znate.ru 2012
обратиться к администрации
kurs.znate.ru
Главная страница