Методы коррекции систем автоматического управления

Цель работы– изучение методов последовательной и параллельной коррекции САУ, типовых корректирующих устройств и их влияния на динамические свойства и точность систем.

Основные сведения

Синтез САУ, удовлетворяющей заданным требованиям к точности системы и качеству ее динамики, обычно проводят в два этапа:

1-й этап ­– проектирование основного регулятора, обеспечивающего заданную точность;

2-й этап – синтез специальных корректирующих устройств (КУ) для стабилизации системы, если она неустойчива, и(или) улучшения ее динамических свойств.

Среди КУ различают последовательные, включаемые в прямой канал системы, и параллельные, представляющие собой, как правило, различного рода обратные связи, чаще местные, т. е. охватывающие часть звеньев прямого канала. Достоинством таких КУ по сравнению с последовательными является то, что при правильном расчете (таком, чтобы в существенном диапазоне частот ЧПФ разомкнутого внутреннего контура была значительно больше единицы) ПФ внутреннего контура определяется в основном ПФ корректирующей обратной связи, вследствие чего вариации параметров звеньев, охваченных обратной связью, слабо влияют на динамику системы. Применяют также КУ, включаемые параллельно звеньям прямого канала.

Синтез САУ в частотной области обычно состоит в формировании желаемой ЛАХ разомкнутой системы с последующим расчетом корректирующего устройства, чаще параллельного, введение которого обеспечит эту ЛАХ. Однако в случае последовательной коррекции часто можно обойтись более простой процедурой введения в систему типовых КУ. Объединяя одним понятием "регулятор в прямом канале" основной регулятор и последовательное КУ, можно указать следующие типовые регуляторы, широко применяемые для улучшения динамики и повышения точности систем:

· П-регулятор: методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru (при методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru > 1 увеличивает методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru и уменьшает методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru );

· И-регулятор: методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru (повышает порядок астатизма и уменьшает методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru на методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru );

· ПД-регулятор (форсирующее звено): методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru (повышает методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru ; реализуемая ПФ методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru , где методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru << методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru );

· ПИ-регулятор: методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru (обладает свойствами П-регулятора и первым из свойств И-регулятора);

· ПИД-регулятор: методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru (сочетает свойства ПИ- и ПД-регуляторов; реально методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru , где методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru – малая постоянная времени).

Некоторые способы определения порядка астатизма методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru системы в отношении воздействия методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru :

· представить ПФ для ошибки методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru = E(p)/U(p)в виде методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru где M(p) и N(p) – полиномы, причем методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru ; тогда методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru ;

· определить порядок астатизма как максимальное число не охваченных местными обратными связями интегрирующих звеньев в обратной связи системы с входом u и выходом e (ошибкой).

Программа работы

1. Задать структурную схему (рис. 3.1, где y – регулируемая переменная; g и f – задающее и возмущающее воздействия; e – ошибка). Назначить произвольное значение T из диапазона 0.1…1.0 с.

2. Получить ПХ по задающему воздействию методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru и определить методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru и методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru для ряда возрастающих значений k: методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru где методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru – номинальное значение k. Описать, как с ростом методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru изменяются характер переходного процесса и значения показателей качества ПХ.

методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru

Рис. 3.1

3. Получить ПХ по возмущающему воздействию методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru (g = 0, f = 1) и определить методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru и методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru , задав методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru . Найти установившуюся ошибку методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru на входе регулятора от возмущения f = 1. Убедиться, что ½ методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru ½=½ методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru ½.

4. Задать новую ПФ регулятора вида методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru приняв методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru Оценить количественно изменение значений методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru , методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru , методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru и методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru . Пояснить результаты для методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru и методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru , записав ПФ и построив асимптотические ЛАХ разомкнутой системы для обоих регуляторов.

5. Сохранив численные значения параметров схемы, дополнить ее, включив в прямой канал последовательно еще одно КУ с ПФ методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru , задав значение методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru не менее (10…20) методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru . Изменилась ли ПХ по задающему воздействию? Что произошло с ошибкой методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru ? Изменился ли порядок астатизма по возмущению?

6. Задать схему (рис. 3.2) при методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru (исходная система). Получить ПХ и сделать суждение об устойчивости исходной системы. Стабилизировать систему уменьшением методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru . Измерить методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru и методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru . Определить приблизительное критическое значение методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru .

7. Восстановить методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru . Вводя по отдельности корректирующие связи с передачами методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru и методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru добиться стабилизации системы. Определить приемлемые с точки зрения качества ПХ значения методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru и методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru Для каждой связи сделать эскиз ПХ и измерить методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru и методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru .

методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru

Рис. 3.2

8. Задать методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru из диапазона 32…50, методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru Получить ПХ, сделать ее эскиз или копию экрана и зафиксировать методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru и методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru .

Содержание отчета

1. Структурные схемы и численные значения их параметров.

2. Результаты по каждому пункту программы работы и комментарии к ним. Ответы на вопросы, содержащиеся в программе.

3. Указание типа использованного регулятора (П-, ПИ- и т. п.).

4. Асимптотические ЛАХ первой системы, согласно пп. 4 и 5 программы.

5. Асимптотические ЛАХ второй системы: исходной и скорректированной введением связей с передачами методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru и методы коррекции систем автоматического управления - student2.ru (все ЛАХ – для разомкнутой системы). В последнем случае использовать правило приближенного построения результирующей ЛАХ соединения с обратной связью.

Контрольные вопросы

1. Как выглядят ЛЧХ ПД-, ПИ-, и ПИД-регуляторов ?

2. Как определить порядок астатизма системы по заданному воздействию?

3. Почему ПД-регулятор повышает запас устойчивости, а ПИ-регуля­тор – порядок астатизма?

4. Как наклон ЛАХ разомкнутой системы на частоте среза и в ее окрестности влияет на динамические свойства системы?

5. Как называются корректирующие устройства на рис. 3.2?

Лабораторная работа №4

Наши рекомендации