Название: Проектирование линейных стационарных САУ с микропроцессорными регуляторами
Вид работы: контрольная работа
Рубрика: Информатика и программирование
Размер файла: 426.2 Kb
Скачать файл: referat.me-135990.docx
Краткое описание работы: Анализ последовательного корректирующего устройства, основанного на использовании логарифмических частотных характеристик. Определение дискретной передаточной функции микропроцессорного регулятора. Динамика системы в периоде квантования по времени.
Проектирование линейных стационарных САУ с микропроцессорными регуляторами
Введение
Цель курсовой работы получить навыки расчета линейных стационарных САУ с микропроцессорными регуляторами.
В первой половине работы применить метод расчета последовательного корректирующего устройства, основанного на использовании логарифмических частотных характеристик, а также исследовать динамику САУ моделированием ее на ПЭВМ в системе ''MATLAB ~ Simulink.
Во второй половине работы на основании полученной передаточной функции корректирующего устройства рассчитывается дискретная передаточная функции регулятора. Далее производится исследование динамики уже дискретной системы.
В связи с использованием в контуре управления Микропроцессорного регулятора, помимо обычных требований по обеспечению устойчивости, точности и качества проектируемой САУ, учитываются требования к шагам квантования сигналов по уровню и по времени. Частоты квантования по уровню и времени выбираются так, что система приближенно может рассматриваться как линейная непрерывная САУ. Это позволяет использовать для расчета закона управления простой и эффективный аппарат логарифмических частотных характеристик. Затем закон управления представляется в дискретной форме для получения переходного процесса уже в дискретной системе.
В качестве критерия правильности расчета можно поставить идентичность переходных процессов в линейной и микропроцессорной системе, выбирая соответствующий период квантования по времени.
1. Неизменяемая часть системы
Проектирование САУ всегда начинается с анализа объекта, формулировки задачи функционирования проектируемой системы, выбора критерия качества системы или задания требований к системе.
Будем считать, что этап анализа объекта, получения уравнений объекта и их линеаризация, выбор исполнительного механизма и датчиков уже решен, Полученные данные будут составлять так называемую неизменяемую часть системы.
Получим, что передаточная функция такой неизменяемой части системы имеет вид
2. Структурная схема САУ с микропроцессорнымрегулятором
Поскольку микропроцессорный регулятор построен на базе Микро-ЭВМ и может обрабатывать сигналы только дискретной формы" а сигнал на выходе объекта Ux и регулирующий сигнал Ur - непрерывны, то необходимо использовать преобразователи сигналов. АЦП - аналогово-цифровой преобразователь осуществляет кодирование непрерывного сигнала Ux дискретным сигналом 1х- ЦАП -цифро-аналоговый преобразователь преобразовывает дискретный сигнал регулирования 1г в непрерывный Ur . В процессе аналого-цифрового преобразования осуществляется квантование сигнала по времени и по уровню и это оказывает серьёзное влияние на динамические процессы в САР.
Рис. 2
На рис. 2 представлена в общем виде структурная схема САР с микропроцессорным регулятором и форма используемых в такой системе сигналов [1]. Непрерывный сигнал Ux(t) с выхода объекта поступает сначала в АЦП, где производится квантование сигнала по времени с постоянным шагом То в моменты t - 0, То, 2То, ... , кТо.
В результате этого будет получен дискретный сигнал u*x (k)<. д^^ производится квантование сигнала по уровню путёмокругления Ух Д° ближайшего стандартного значения Полученный при этом сигнал 1г представляет собой последовательность цифровых двоичных кодов, которые в дискретные моменты времени передаются в процессор и Микро-ЭВМ вырабатывает дискретный сигнал ошибки на основе которого в каждый тактовый момент времени 0' Т 2Т0 ,.... кТо вычисляется в соответствии с выбранным законом регулирования регулирующий сигнал Щ),Тх в процессе вычисления регулирующего воздействиямогут использоваться операции умножения или другиеарифметические операции, приводящие к переполнениюразрядной сетки Микро-ЭВМ, полученный сигнал вновьподвергается округлению, а затем в дискретные моментывремени выдаётся в ЦАП. Если число разрядовмикропроцессора и ЦАП не совпадают, в ЦАП вновьпроизводится округление. На выходе ЦАП имеетсяэкстраполятор, который превращает цифровой код ваналоговый кусочно линейный сигнал. В Микро-ЭВМ чащевсего используются экстраполяторы нулевого порядка,которые носят название фиксаторов и превращают цифровойкод в аналоговый ступенчатый сигнал. Этот сигналвоздействует на исполнительный механизм, осуществляяпроцесс регулирования. В приведённой на рис.2 схеме САР задающей сигнал Ig имеет цифровую форму.
Такой сигнал может быть получен от специального цифрового датчика или другой Микро-ЭВМ.
Функциональная схема линейной САУ
1 – датчик входного сигнала
2 - согласующий усилитель
3 - последовательное КУ
4 – исполнительный элемент (двигатель)
5 - управляемый объект
6 – датчик выходного сигнала (температуры)
g – заданное значение температуры
Ux – температура на выходе системы
E – ошибка
U – управляющее воздействие
Функциональная схема МП САУ
Структурная схема линейной САУ
Структурная схема МП САУ
В рассматриваемой системе регулирования температуры технологического процесса учтем исходные данные, характеризующие неизменяемую часть системы.
Кроме этого к системе предъявляются следующие требования:
· максимальное перерегулирование σ = 30 %;
· максимальное время регулирования: t = 55 сек;
· запас устойчивости по фазе Δφ (Град) должен лежать в пределах 35° - 65° в соответствии с диапазоном изменения σ % от 40% до 20% в исходных данных
· Коэффициенты ошибок Do= 0 D = 0,058
В нашем случае передаточная функция неизменной части системы имеет вид:
Для построения ЛЧХ на оси частот выбираем точку 1/с и проводим асимптоту с наклоном -20 дБ/дек
Построение необходимо проводить в соответствии с выражением ЛЧХ
Фазочастотную характеристику строим по формуле:
![]() ![]() |
0.1 | 0.2 | 0.5 | 0.8 | 1 |
![]() |
-135,57 | -154,3 | 171,56 | 176,5 | 180 |
В рассматриваемой РГР σ = 30 % и t = 55 сек.
Из таблицы находим B = 11,3; Wср=0,2 1/с
Найдем
0.2
L1=15 дБ
Синтез линейной САУ
Определим передаточную функцию желаемого регулятора
Определим передаточную функцию корректирующего устройства
Передаточная функция замкнутой системы имеет вид:
Получим переходный процесс в системе моделированием её на ЭВМ.
Переходный процесс в линейной САУ
Определение дискретной передаточной функции корректирующего звена.
При T0 = 0.35
При T0 = 0.25
При T0 = 0.1
Для моделирования САУ в пакете "ДИСПАС" соответствующее уравнение имеет вид:
Переходный процесс в дискретной САУ при шаге квантования
Т=0.35
Схема моделирования при Т0=0.35
Переходный процесс в дискретной САУ при шаге квантования
Т=0.25
Схема моделирования при Т0=0.25
Переходный процесс в дискретной САУ при шаге квантования
Т=0.1
Схема моделирования при Т0=0.1
Выводы
В результате проделанной работы было выяснено, что независимо от того, каким способом анализировать результаты разработки САУ с микропроцессорным регулятором, в результате анализа необходимо получить график переходного процесса.
Вывели дискретную передаточную функцию регулятора, для того чтобы исследовать динамику САУ с микропроцессорным регулятором, так же выбрали шаг квантования Т0. Для исследования системы и решения задачи можно использовать пакет "MATLAB" и др. По полученному графику убедились в устойчивости системы. Убедились, что процессы в линейной и дискретной САУ идентичны, следовательно расчеты произведены верно и задачу можно считать выполненой.
Похожие работы
-
Особенности реализации машинно-ориентированных алгоритмов расчета частотных характеристик канала воздействия
Рассмотрены проблемы формализованного анализа динамики сложных технологических объектов на базе топологических моделей. Приведены результаты машинной реализации алгоритмов расчета частотных характеристик.
-
Задачи синтеза оптимальных систем управления
Сущность статистического синтеза: поиск и реализация оптимальных свойств (структуры и параметров) системы по заданным статистическим характеристикам входных воздействий. Методы статистической оптимизации. Постановка задачи Винера–Колмогорова и ее решение.
-
Точность систем автоматического управления
Порядок оценки точности системы автоматического управления по величине установившейся ошибки при типовых воздействиях, механизм ее повышения. Разновидности ошибок и методика их вычисления. Определение ошибок по виду частотных характеристик системы.
-
Коррекция дискретных систем управления
Способы дискретной коррекции систем управления. Порядок расчета корректирующего звена для дискретной системы. Особенность методов непосредственного, последовательного и параллельного программирования. Реализация дискретных передаточных функций.
-
Теория автоматического управления
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Расчетно-графическая работа №1
-
Cинтез систем
Введение Управление каким-либо объектом – это процесс воздействия на него с целью обеспечения требуемого течения процессов в объекте или требуемого изменения его состояния. Основой управления является переработка информации о состоянии объекта в соответствии с целью управления.
-
Дискретные цепи
Разностное уравнение и дискретная цепь. Передаточная функция дискретной цепи. Общие свойства передаточной функции. Частотные характеристики. Импульсная характеристика. Свертка.
-
Синтез астатических систем
Составление структурной схемы замкнутой астатической системы автоматического управления. Определение минимальной установившейся ошибки, построение области устойчивости и моделирование в программе MatLab. Компенсация действия неконтролируемых возмущений.
-
Анализ процесса регулирования непрерывной системы. Анализ процесса управление цифровой системы и синтез передаточной функции корректирующего цифрового устройства управления
Теория автоматического управления. Передаточная функция системы по ее структурной схеме. Структурная схема и передаточная функция непрерывной САР. Устойчивость системы. Исследование переходного процесса. Расчет и построение частотных характеристик.
-
Анализ одноконтурной САУ четвёртого порядка
Анализ устойчивости САУ. Расчёт частотных характеристик замкнутой САУ. Показатели качества регулирования. Синтез последовательного корректирующего устройства. Показатели качества регулирования скорректированной САУ. Моделирование скорректированной САУ.