Моделирование элементов и систем управления - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Управляемый объект из четырех типовых динамических звеньев, соединенных между собой в определенной последовательности с образованием двух замкнутых контуров. Исследование устойчивости объекта. Расчетная схема цифровой модели объекта для системы Simulink.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

В данном объекте включены следующие динамические звенья:
1) - инерционное звено 2-го порядка;
2)- интегро-дифференцирующее звено с преобладанием интегрирования;
3) - инерционное звено 1-го порядка;
4) - Идеальное интегрирующее звено;
- канал воздействия - Z-X (Х з -X);
- вид переходного процесса -20%-ное перерегулирование;
1. Исследование устойчивости объекта
В данном разделе я буду определять устойчивость объекта при заданных параметрах входящих в него динамических звеньев. Так как данный объект управления, который изображен на рисунке 1, содержит два замкнутых контура (внутренний и внешний), его устойчивость будет обеспечена только при условии устойчивости каждого из контуров.
Запасы устойчивости контуров по амплитуде и фазе определяются по АФЧХ (основная трактовка критерия Найквиста) или ЛАЧХ и ЛФЧХ (логарифмический критерий Найквиста) разомкнутого контура. Запас устойчивости по амплитуде A должен составлять не менее 0.4 в комплексных координатах или не менее 8дБ в логарифмических координатах; по фазец - не менее 30?. Если контур устойчив, но имеет недостаточную величину запасов устойчивости, указанные запасы должны быть обеспечены изменением параметров звеньев без изменения их типа.
Проверка устойчивости выделенных контуров объекта управления может осуществляться с помощью комплекса Control System Toolbox, располагающего эффективными средствами проверки устойчивости контуров по критерию Найквиста (функция NYQUIST) и вычисления запасов устойчивости (функция MARGIN). Передаточные функции внутреннего и внешнего контуров могут быть получены с помощью функций соединения систем (SERIES, PARALLEL, CLOOP, FEEDBACK).
% проверяем устойчивость внутреннего контура;
sys1=tf([2], [4 7 1]);%описание звена W1
sys2=tf([7 1], [10 1]);%описание звена W2
sys3=tf([1], [1]);%Описание единичного звена для образной связи
sys12=series (sys1, sys2);%последовательное соединение звеньев W1 и W2
sys21=feedback (sys12, sys5, - 1);% соединение в обратную связь с единичным звеном.
nyquist(sys12)%проверка устойчивости с помощью критерия Найквиста
margin(sys12)% проверяем устойчивость с помощью функции margin;
step(sys21)%переходная характеристика
% проверяем устойчивость внешнего контура;
sys1=tf([2], [4 7 1]);%описание звена W1
sys2=tf([7 1], [10 1]);%описание звена W2
sys3=tf([2], [7 1]);%описание звена W3
sys4=tf([3], [1 0]);%описание звена W4
sys5=tf([1], [1]);%описание единичного звена для внутренней ОС
sys6=tf([1], [1]);%описание единичного звена для внешней ОС
sys12=series (sys1, sys2);%последовательное соединение звеньев W1 и W2
sys31=feedback (sys13, sys6, - 1);%соединение внешней ОС
nyquist(sys13)%проверка устойчивости с помощью критерия Найквиста
margin(sys13)% проверяем устойчивость с помощью функции margin;
step(sys31)%переходная характеристика
Рисунок 2 - АФЧХ разомкнутых контуров внутреннего(a) и внешнего(b) объектов при заданных параметрах
Формулировка критерия Найквиста: замкнутая система управления будет устойчивой если АФЧХ разомкнутой системы при изменении частоты от 0 до не охватывает точку с координатами (-1, j0). Из рисунков видно что АФЧХ не охватывает точку с координатами (-1, j0), следственно контуры устойчивы.
Рисунок 3 - ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутых контуров внутреннего(a) и внешнего(b) объектов при измененных параметрах
Запасы устойчивости для внутреннего контура: дБ, .
Запасы устойчивости для внешнего контура: дБ, .
Рисунок 4 - Переходная характеристика замкнутых контуров внутреннего(a) и внешнего(b) объектов при измененных параметрах
По результатам выполнения данного раздела я определил, что оба контура являются устойчивыми при заданных параметрах динамических звеньев.
2 . Со ставление цифровой модели объекта
Согласно заданной алгоритмической структуре объекта управления
Рисунок 5 - Алгоритмическая структура объекта
и передаточным функциям звеньев, параметры которых соответствуют параметрам, полученным в разделе 1 при анализе устойчивости объекта,
составляем цифровую модель управляемого объекта с помощью специализированного программного пакета Simulink системы MATLAB.
Рисунок 6 - Расчетная схема цифровой модели объекта для системы Simulink
Составим цифровую модель Объекта управления.
Рассмотрим основные коэффициенты для данной цифровой модели.
3. Получение переходной характеристики объекта по каналу управления «у-х» методом цифрового моделирования
В предыдущем разделе была получена переходная характеристика объекта по каналу «у-х». Но характер переходного процесса апериодический. Для того, чтобы переходная характеристика имела монотонный характер необходимо изменить параметры нескольких звеньев. Путем эксперимента я определил, что необходимо поменять параметр W2. Измененные значения параметров выделены в тексте программы. При этом тип звена не менялся.
Листинг программы на Control System Tool Box:
sys1=tf([2], [4 7 1]); %Описываем звено W1
sys2=tf([7 1], [10 1]); %Описываем звено W2
sys3=tf([2], [7 1]); %Описываем звено W3
sys4=tf([3], [1 0]); %Описываем звено W4
sys=append (sys1, sys2, sys3, sys4); %Соединяем звенья
4 3 0]; %Описываем соединение звеньев
system=connect (sys, Q, inputs, outputs); %Создаем модель с помощью Connect
Рисунок 8 - Переходная характеристика объекта по каналу «у-х»
Рисунок 9 - Схема объекта для системы Simulink
Рисунок 10 - График объекта для системы Simulink с измененными коэффициентами
По виду переходных характеристик можно сделать вывод о правильности подобранных параметров технологического объекта, так как график переходной характеристики имеет монотонный характер.
4. Аналитическая проверка результатов моделирования объекта
Для того, чтобы проверить результаты моделирования аналитически, мы должны выполнить преобразование исходной схемы объекта.
1) Последовательно соединяем W 1 и W 2
3) Последовательно соединяем W 3 и W э2
Так как передаточная функция получилась слишком громоздкой, в данном отчете я пишу ее не полностью, но в расчетах была использована полная версия данной функции.
5) Последовательно соединяем W 4 и W э4
По теореме Лапласа о начальном и конечном значениях оригинала:
Аналитическая проверка результатов моделирования показала, что составленная модель является адекватной управляемому объекту. Т.е. адекватность говорит о схожести параметров модели и объекта. Расчеты, проведенные в предыдущих разделах являются верными.
5. Идентификация объекта по переходной характеристике и ориентировочный расчет настроечных параметров регулятора
Аппроксимацию переходной характеристики осуществляют следующим образом. Для статических объектов в точке наибольшего наклона переходной характеристики проводят касательную и полагают, что передаточная функция такого объекта может быть записана следующим образом :
где К 0 =1/ Т 0 - передаточный коэффициент объекта, равный тангенсу угла наклона касательной б, - время запаздывания.
Зная, что по заданию у меня ПИ-закон регулирования и тип переходного процесса - процесс с 20% перерегулированием, настроечные параметры регулятора вычисляются по следующим формулам:
6. Уточнение настроечных параметров регулятора и получение переходных характеристик по каналам «Хз-Х» и « Z - X »
Для замкнутой линейной системы управления (рис. 1.) с отрицательной обратной связью выбрать настроечные параметры регулятора, обеспечивающие требуемое качество переходного процесса по указанному каналу воздействия. Структурная схема системы управления представлена на рисунке.
Рисунок 12 - Алгоритмическая схема системы регулирования
В схеме реализован регулятор, работающий по ПИ-закону регулирования.
Реализация данной схемы управления на Control System Tool Box выглядит следующим образом:
% создаем описание звеньев всей системы;
sys2=tf([1], [15.3 1]); %описание W2
sys3=tf([2], [4 7 1]); %описание W3
sys4=tf([7 1], [10 1]); %описание W4
sys=append (sys1, sys2, sys3, sys4, sys5, sys6); %объединяем звенья
Q=[1 -6 0 0 0; %задаем соединения звеньев
inputs=[1,6]; %Задаем входы системы по каналам «Хз-Х» и «Z-X»
outputs=[6];%задаем выходы системы по каналам регулирования
system=connect (sys, Q, inputs, outputs); %объединяем систему с помощью Connect;
step (system, [0:.1:100])%построение передаточной функции системы
Рисунок 13 - Переходная характеристика замкнутой системы по основному каналу с расчетными значениями настроечных параметров регулятора
Процесс с 20% перерегулированием, допускает перерегулирование до 20%.
Поиск оптимальных значений я начал с расчетных значений. И путем подбора мне удалось найти оптимальные значения параметров, при которых обеспечивается переходный процесс с перерегулированием 20%.
K p =0.047 и Т и =30. Подставляя данные значение вместо прежних, мы получим следующие переходные характеристики:
Рисунок 14 - Переходные характеристики замкнутой системы по каналам «Хз-Х» (слева) и «Z-X» (справа) с оптимальными значениями настроечных параметров регулятора.
Рисунок 15 - Расчетная схема цифровой модели системы управления для системы Simulink
Рисунок 16 - Переходные характеристики замкнутой системы по каналам «Хз-Х с оптимальными значениями настроечных параметров регулятора.
Рисунок 17 - Переходные характеристики замкнутой системы по каналам «Хз - «Z-Xс оптимальными значениями настроечных параметров регулятора.
Я нашел оптимальные настроечные параметры регулятора, которые обеспечивают требуемое качество переходного процесса по обоим каналам управления и проверила в Simulink результаты идентичные. Перерегулирование имеет приемлемую для нас величину и составляет 20%.
1. В.П. Барановский, М.Г. Фиалко. Моделирование элементов и систем управления: Учебное пособие. - Екатеринбург: Изд. УГГГА, 1996. - 65 с.
2. А.П. Копелович. Инженерные методы расчета при выборе автоматических регуляторов. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1960. - 190 с.
3. А.Е. Троп, В.З. Козин, Е.В. Прокофьев. Автоматическое управление технологическими процессами обогатительных фабрик: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Недра, 1986. - 303 с.
4. Курс лекций по дисциплине «Теория автоматического управления»
Преобразование алгоритмической структуры объекты для выделения внутреннего и внешнего замкнутых контуров. Составление цифровой модели замкнутой линейной системы управления. Получение переходной характеристики объекта методом цифрового моделирования. курсовая работа [185,8 K], добавлен 10.02.2015
Оценка динамических характеристик типовых звеньев и их соединений с использованием Simulink. Анализ последовательного соединения 2-х типовых звеньев, ступенчатого сигнала, кривых переходных процессов. Последовательное соединение двух инерционных звеньев. лабораторная работа [938,6 K], добавлен 06.12.2012
Описание структурной схемы и передаточной функции объекта управления. Уравнения состояния непрерывного объекта и дискретной модели объекта. Особенности расчета и построение графиков сигналов в цифровой системе с наблюдателем и регулятором состояния. курсовая работа [1,7 M], добавлен 23.06.2012
Исследование взаимосвязей между параметрами типовых динамических звеньев и их характеристиками. Оценка влияния изменения постоянной времени и коэффициента демпфирования на характер переходного процесса. Определение параметров звеньев первого порядка. лабораторная работа [805,8 K], добавлен 06.04.2016
Идентификация термического объекта управления по временным характеристикам его реакции на скачкообразный входной сигнал. Компьютерное моделирование объекта по полученной математической модели. Анализ устойчивости и качества замкнутой системы (САУ). курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.11.2011
Динамические характеристики типовых звеньев и их соединений. Оценка устойчивости системы по критерию Гурвица, Михайлова, Вишнеградова. Определение устойчивости по корням характеристического уравнения. Главные правила соединения динамических звеньев. контрольная работа [553,9 K], добавлен 21.06.2014
Исследование устойчивости линейной САУ различными методами анализа (частотными и алгебраическими) с применением двух программных пакетов Mathcad и Matlab-Simulink. Общая передаточная функция с числовыми значениями. Структурная схема системы управления. курсовая работа [1,5 M], добавлен 01.06.2015
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Моделирование элементов и систем управления курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Сочинение 2022 Добро И
Курсовая работа по теме Маркетинг интеллектуального продукта
Доклад по теме Верещагин В.В.
Реферат: Человек на войне. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа по теме Ремонт букс
Сочинение по теме Герои "Илиады"
Курсовая работа по теме Отношения США и Южной Кореи после войны 1950-1953 гг.
Реферат Принципы Современного Высшего Образования
Статья: Сенокосец
Реферат: Пищальники и стрельцы (конец XV - первая половина XVII вв.)
Контрольная работа по теме Правила подготовки и проведения служебных совещаний
Курсовая Работа На Тему Проблема Косовских Албанцев В 90-Ых Годах Xx Века
Реферат по теме Антропоэкология и экология городов
Дипломная работа по теме Товаропроизводящие предприятия: роль в экономике, создание, содержание деятельности и особенности управления
Курсовая Работа На Тему Стратегическое Планирование
Бедность Эссе
Пособие по теме Социальная психология потребления
Эссе Брестская Крепость
Как Писать Курсовую Работу В Медицинском Колледже
Дипломная работа по теме Становление детского характера в произведении Д.И. Василенко 'Жизнь и приключения Заморыша'
Виборчі системи України - Государство и право контрольная работа
Учет расчетов по оплате труда - Бухгалтерский учет и аудит курсовая работа
Уголовная ответственность хищение предметов, имеющих особую ценность - Государство и право курсовая работа