Курсовая работа: Синтез и построение системы управления динамическими объектами

⚡ 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

с дисциплины: “Элементы и системы автоматического контроля и управления"
на тему: “Синтез и построение системы управления нестационарными динамическими объектами"
1.Синтез системы управления квазистационарным объектом
1.1 Математическая модель нестационарного динамического объекта
1.2 Представление схемы переменных состояний в форме Коши
1.3 Нахождение передаточных функций звеньев системы управления
1.4 Построение логарифмических амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик
2.Синтез скорректированной квазистационарной системы
2.1 Построение желаемых логарифмических амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик
2.2 Построение логарифмической амплитудно-частотной характеристики корректирующего звена системы
3.Разработка структурной и принципиальной схем управления нестационарным динамическим объектом
3.1 Разработка структурной схемы устройства
3.2 Разработка и расчет принципиальной схемы
Информация об объекте управления может быть получена путем измерения соответствующих параметров. Однако не все параметры могут быть непосредственно измерены из-за отсутствия необходимых средств измерения или недопустимости этих параметров для контроля.
Это приводит к снижению качества управления, и особенно проявляется при управлении объектами, параметры которых являются функциями времени. Такие объекты принято называть нестационарными динамическими объектами.
Однако проблема построения информационно-управляющих систем нестационарных динамических объектов (НДО), а также проблема комплексной оценки анализа параметрического и фазового состояния объектов с неизвестными и переменными во времени динамическими характеристиками, и неполным вектором измерения фазовых координат, не нашли должного освещения в современной литературе. В тоже время целесообразность решения этих задач становиться очевидной.
Особое внимание в данной работе отводится анализу обоснования выбранных методов и критериев, принципа функционирования, оценки результатов и рекомендаций о возможных путях повышения систем автоматического управления.
По заданному нестационарному дифференциальному уравнению, которым описывается поведение объекта управления, находится параметрическая функция. Выбирается метод решения синтеза системы с учетом ограничений.
Методом квазистационарности находим передаточную функцию объекта и по заданным показателям качества переходного процесса строим желаемую ЛАЧХ скорректированной системы, а затем находим передаточную функцию, схему и параметры корректирующего устройства.
Для представления динамического процесса заданного системой дифференциальных уравнений в переменных состояния решим её относительно старшей производной:
Полученная система дифференциальных уравнений (1.2) представляет собой структуру динамического процесса в переменных состояния
Анализ системы (1.2) показывает, что объект управления содержит: два сумматора складывающих все компоненты входящие в динамический процесс. На вход сумматоров подаётся составляющая входного возмущения, реакция объекта и составляющая производная от реакции объекта.
Схема динамического процесса в переменных состояния будет иметь вид.
Рисунок 1 - Схема динамического процесса в переменных состояния
Представим систему дифференциальных уравнений в векторно-матричной форме.
где матрица А - динамическая матрица объекта управления, которая характеризует динамику объекта;
В - матрица управляющих (возмущающих) объекта, которая характеризует степень возмущения (управления);
Для нахождения динамической матрицы, вектора состояния, матрицы управляющих объекта, вектора возмущений введем некоторую переменную Z (t), и воспользуемся преобразованием Коши для системы дифференциальных уравнений (1.1):
Перейдем от системы уравнений (1.5) к векторно-матричной форме:
Таким образом, выражение (1.3) описывает поведение объекта управления в переменных в параметрическом и фазовом пространствах.
Для того чтобы найти передаточные функции системы запишем исходную систему в операторной форме
и разрешим её относительно реакций динамического процесса у 1
и у 2

откуда находим для первого уравнения
Подставляя значения коэффициентов находим параметры звеньев системы
Полученная система описывает структуру исходного динамического процесса в передаточных функциях. Структура процесса имеет следующий вид
Рисунок 2 - Структура исходного динамического процесса
Исходя из того, что показатель астатизма p n
выбираем пропорциональный регулятор.
Коэффициент передачи всей системы равен
Находим частоты сопряжения исходной разомкнутой системы
Передаточная функция всей системы будет иметь вид
W пс
(p) = W 1
(p) ∙W 2
(p) ∙W р
(p) (1.22)
Построение ЛAЧХ и ЛФЧХ данной системы (см. приложение 1):
на оси ординат откладываем коэффициент передачи в децибелах
K (дб) = 20 lgkv = 20 lg 125 = 41,93 дб;
по оси абсцисс откладываем частоты;
поскольку знаменатель передаточной функции состоит из двух множителей с коэффициентом астатизма 1, то прямая проходящая через точку 41,93 на оси ординат, будет иметь наклон - 20 дб/дек до первой частоты сопряжения ω 1
. Следующая прямая имеет наклон +20 дб/дек по отношению к предыдущей (форсирующее звено). Третья прямая будет иметь наклон -20 дб/дек по отношению к предыдущей (апериодическое звено). Четвертая прямая будет иметь наклон -20 дб/дек по отношению к предыдущей (апериодическое звено) с продлением в область высоких частот.
ЛАЧХ и ЛФЧХ данной системы будут иметь следующий вид
L (ω) = 20 lgk v
+ 20 lgω 2
- 20 lgω 1
- 20 lgω 3;

φ (ω 1
) = - π +arctg ω 1
- arctg ω 2
-arctg ω 3.

В результате построения частотных характеристик и сложения фазочастотных характеристик видим, что данная разомкнутая нескорректированая система не имеет запаса ни по амплитуде, ни по фазе, следовательно, необходимо строить корректирующее звено.
При построении желаемой ЛАЧХ целесообразно выделить три области частот: область низких, область средних и область высоких частот.
В интервале низких частот вид ЛАЧХ указывает на порядок астатизма и статическую точность системы. При частотах, меньших первой сопрягающей частоты ЛАЧХ имеет наклон 20υ дб/дек, где υ - порядок астатизма системы.
Интервал средних частот лежит между первой и второй сопрягающими частотами, т.е.
где tр - время регулирования квазистационарной системы;
β - коэффициент, зависящий от величины перерегулирования σ%, определяемый по графику зависимости (рис.3).
Рисунок 3 - График зависимости коэффициента β (σ %)
Выбираем коэффициент β = 3.2, тогда
ω 2к
= 3,5 ω ср
= 3,5 13,39 = 46,89 ≈ 47 с -1
;
Таким образом, определив все частоты, строим желаемую ЛАЧХ из таких соображений:
В области низких частот наклон ЛАЧХ -40дб/дек, в области средних частот наклон ЛАЧХ имеет -20 дб/дек, в области высоких частот наклон ЛАЧХ совпадает с наклоном ЛАЧХ нескрорректированной системы, поскольку на переходной процесс она большого влияния не оказывает.
По виду желаемой ЛАЧХ строим фазочастотные характеристики.
Учитывая то, что передаточная функция разомкнутой скорректированной системы определяется выражением.
Wкз (jω) = Wск (jω) /Wнс (jω). (1.25)
lgWкз (jω) = lgWск (jω) - lgWнс (jω). (1.26)
Из выражения следует, что ЛАЧХ корректирующего устройства квазистационарной системы равна разности ЛАЧХ скорректированной и нескоректированной системы равна разности ЛАЧХ скорректированной и нескорректированной ЛАЧХ соответственно. Таким образом, вычитая ординаты ЛАЧХ нескорректированной системы и ординат желаемой ЛАЧХ на частотах сопряжения, получим ординаты ЛАЧХ корректирующего устройства.
Передаточная функция корректирующего звена будет иметь вид
Анализируя графики логарифмических амплитудно-частотных характеристик нескорректированной разомкнутой системы и корректирующего звена мы можем выделить основные блоки из которых состоит полученная система управления нестационарным динамическим объектом: нескорректированная система содержит форсирующее звено и два апериодических звена, а корректирующие звенья включаются в отрицательную обратную связь и делают нескорректированную разомкнутую систему замкнутой скорректированной системой управления нестационарного динамического объекта.
В качестве элементной базы для реализации структурной схемы замкнутой скорректированной системы управления выбираем операционный усилитель типа К140УД7, с параметрами
U пит
= ±15, I вх
= 200 нА, К ос
= 60 дБ, f = 0,8МГц, U вых.
max
= 10.5 В,
Основные звенья, которые используются в разработанной системе это: сумматор, усилительное звено, апериодическое звено и форсирующее звено.
Внешний вид сумматора представлен на рисунке рис.4.
Рисунок 4 - Сумматор на основе операционного усилителя
Резисторы R 1
= R 2
=R 3
= R 4
= 20 кОм.
Данное звено усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для срабатывания логический элементов.
Рисунок 5 - Усилительное звено на основе операционного усилителя
Принимаем R 1
= 20 кОм, тогда R 2
будет равным
R 2
= (R 1
*R 3
) / (R 1
+R 3
). (1.28)
Тогда для к р
= 595,28, R 3
= 20000* 595,28 = 12 МОм, R 2
= 20 кОм;
Апериодическое звено первого порядка используемое в разрабатываемом устройстве приведено на Рис.6.
Рисунок 6 - Апериодическое звено на основе операционного усилителя
Постоянная времени апериодического звена равна
откуда прияв R 1
=R 3
= 20 кОм найдем
Для T 2
= 0.1 c, С = 5 мкФ; Т 1
= 44 с, С = 2.2 мФ;
Т 3
= 0.025 с, С = 1,25 мкФ; Т 2к
= 0.021 с, С = 1.05 мкФ.
Рисунок 7 - Форсирующее звено на основе операционного усилителя
Для Т 1
= 44с, С = 2.2 мФ; Т 2
= 0.1с, С = 5 мкФ;
Т 1к
= 0.25с, С = 12.5 мкФ; Т 3
= 0.025с, С = 1.25 мкФ.
Принципиальная схема разработанного устройства приведена чертеже Э3.
При построении системы автоматического управления использовалось несколько методов исследования объекта управления.
Метод пространства состояний позволил представить нестационарный объект управления схемой в пространстве состояний, определить вектор состояния, вектор изменения, динамическую матрицу параметров и провести исследование объекта при различных возмущающих и управляющих воздействиях, а также определить область управляемости при фиксированных возмущающих воздействиях.
Метод квазистационарности был применен для нахождения передаточной функции квазистационарного объекта и построения желаемой логарифмической амплитудно-частотной характеристики скорректированной системы по показателям качества переходного процесса, а также нахождения передаточной функции, схемы и параметров корректирующего звена.
В результате нами была разработана система автоматического управления нестационарным динамическим объектом, которая имеет достаточный запас как по фазе, так и по амплитуде.
1. Барковский В.В. и др. Методы синтеза систем управления. - М.: Машиностроение, 1969.
2. Володченко Г.С. Синтез адаптивной системы оптимального управления нестационарным объектом одного класса. - Республиканский науч.-тех. Сб. АСУ и приб. Автоматики. Вып.50 - Высшая школа, 1978.
3. Воронов А.А. и др. Теория автоматического управления. - М.: Высш. шк., 1977.
4. Солодов А.В., Петров Ф.С. Линейные автоматические системы с переменными параметрами. - М.: Наука, 1971.

Название: Синтез и построение системы управления динамическими объектами
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: курсовая работа
Добавлен 07:33:08 10 июня 2010 Похожие работы
Просмотров: 320
Комментариев: 17
Оценило: 2 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно   Скачать

Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.

Курсовая работа: Синтез и построение системы управления динамическими объектами
Краткое Сочинение На Тему Жизнь
Курсовая работа по теме Безопасность жизнедеятельности на промышленных предприятиях
Реферат по теме Умные здания
Дипломная работа по теме Учет и анализ расчетов с персоналом по оплате труда в организации
Реферат по теме Регион, пространство, территория
Сочинение Моя Мама 9 Класс
Дипломная работа по теме Транспортирование горной массы в условиях ЗАО 'Сибирский Антрацит'
Сочинение Про Избу 8 Класс
Реферат по теме Літаратура Заходняй Беларусі 1920-х-1930-х гадоў
Курсовая работа по теме Ремонт букс
Ведьма Курсовая С Того Света
Реферат по теме Историко-правовое развитие различных государств
Курсовая На Тему Социальная Защита Ветеранов
Курсовая работа по теме Анализ обеспеченности предприятия трудовыми ресурсами и эффективности их использования (на примере ООО 'Мариан Строй')
Реферат: Media Portrayal On Youth Women Minorities Essay
Контрольная Работа На Тему Информационные Технологии Следственной Деятельности
Курсовая Работа На Тему Вибір Засобів Розповсюдження Реклами На Зовнішньому Ринку
Личностные Качества Способствующие Достижению Успеха Реферат
Контрольная работа по теме Психология толерантности
Дипломная работа по теме Оценка финансово-хозяйственной деятельности акционерного общества (на примере Петрозаводского центра организации работы железнодорожных станций – структурного подразделения ОАО 'РЖД')
Контрольная работа: Архітектура комп'ютерів, системні плати
Реферат: Рекреационный потенциал Австрии
Реферат: Эффективность СМИ и аудитория