Проектирование системы автоматического регулирования - Производство и технологии контрольная работа

Главная

Производство и технологии
Проектирование системы автоматического регулирования

Динамические свойства объекта регулирования и элементов системы автоматического регулирования. Определение параметров типового закона регулирования. Параметры передаточных функций. Параметры процесса регулирования на границе устойчивости системы.


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.

Проектирование системы автоматического регулирования
1. Исходные данные для моделирования САР
1.1 Описание САР и ее функциональная схема
1.2 Передаточные функции объекта регулирования, элементов САР и структурная схема системы
2. Определение параметров типового закона регулирования
2.1 Моделирование исходного варианта САР
2.2 Расчет параметров типового закона регулирования
2.3 Компьютерное моделирование скорректированной САР
1. Исходные данные для моделирования САР
1.1 Описание САР и ее функциональная схема
Схема САР [4] показана на рис. 1. Принцип ее работы следующий. Напряжение генератора U измеряется трансформатором ТV1 и выпрямителем V1…V6 преобразуется в напряжение U3. Напряжение U3 подается на вход системы встречно задающему напряжению Uо. В результате получается разность напряжений U = Uo - U3. При уменьшении напряжения U3 разность U возрастает, что приводит к увеличению напряжения возбуждения Uв генератора и к восстановлению его напряжения U до заданного значения. При увеличении напряжения Uв разность U уменьшается, что вызывает снижение напряжения возбуждения генератора, а следовательно, и его напряжения U до требуемого значения. Таким образом, само отклонение регулируемой величины (напряжения генератора) от заданного значения вызывает изменение регулирующего воздействия так, чтобы уменьшить это отклонение и вернуть регулируемую величину к заданному значению.
Рис. 1. Упрощенная принципиальная схема САР: G1 - синхронный генератор; G2 - генератор возбуждения;
А2 - электромашинный усилитель; А1 - электронный усилитель; Z - нагрузка; VD1…VD6, TV1 - элементы обратной связи; R0 - задающий резистор
Динамические свойства объекта регулирования и элементов САР описываются следующими дифференциальными и алгебраическими уравнениями.
- передаточный коэффициент по регулирующ е му воздействию
- передаточный коэффициент по возмущающ е му воздействию
Возбудитель - генератор постоянного тока G2:
где - постоянная времени (= 0,5 с);
где - постоянная времени (=0,15 с);
b - коэффициент демпфирования ( b =1 , 17) ;
- коэффициент усиления электромашинного усилителя по напряжению ( =2).
где - коэффициент усиления электронного усилителя по напряжению (варьируемая величина k = 1…35).
где - передаточный коэффициент (коэффициент трансформации =0,001).
Выпрямительная схема Ларионова VD1…VD6:
где - передаточный коэффициент схемы Ларионова (=2,34).
Переменные величины (входные, выходные величины в приведенных выше уравнениях, имеют следующий физический смысл):
U - напряжение на зажимах синхронного генератора, В;
Uв - напряжение на обмотке возбуждения синхронного генератора (выходное напряжение возбудителя) В;
I - ток нагрузки синхронного генератора, А;
U2 - выходное напряжение электромашинного усилителя, В;
U1 - напряжение на обмотке управления электромашинного усилителя (выходное напряжение электронного усилителя), В;
U3 - сигнал (напряжение) обратной связи, В;
U0 - задающий сигнал (задающее напряжение), В;
U - U0 - U3 - сигнал рассогласования, В.
Номинальное напряжение синхронного генератора Uн = 6300 В. Его номинальный ток Iн = 688 А.
- задающее воздействие U0 (его значение подбирается в процессе моделирования таким, чтобы при номинальном токе нагрузки Iн = 688 А напряжение на выходе САР было равно номинальному значению напряжения Uн = 6300 В);
- максимальное возмущающее воздействие - скачкообразное изменение тока нагрузки I от Iх.х. = 0 до Iн = 688 А (Iх.х. - ток холостого хода генератора). Отклонение напряжения на зажимах генератора U в установившемся режиме от номинального значения не должно превышать 5% (315 В).
Из анализа принципиальной схемы (рис. 1) и приведенного описания САР следует, что объектом регулирования является синхронный генератор G1, который можно представить в виде функциональной схемы, показанной на рис.

Рис. Синхронный генератор как объект регулирования: U - регулируемая величина; Uв - регулирующее воздействие; I - возмущающее воздействие
Из физического принципа работы синхронного генератора и анализа уравнения (1) следует, что при увеличении (уменьшении) напряжения возбуждения Uв напряжение на зажимах генератора U увеличивается (уменьшается). Влияние возмущения (тока нагрузки I) на напряжение U, приводит к обратному эффекту: при росте значения тока нагрузки I напряжение U уменьшается, а при снижении тока I напряжение U увеличивается.
В рассматриваемой САР (рис.1) генератор возбуждения G2 выполняет роль исполнительного органа (элемента), который можно представить в виде функционального элемента, показанного на рис.3.
Рис. 3. Возбудитель, как исполнительный орган
В САР (рис.1.) имеется два усилителя А1 и А Первый выполняет роль усилителя напряжения, а второй - усилителя мощности. Как функциональные элементы их можно изобразить в виде, приведенном на рис.4.
Рис. 4. Функциональные схемы: а - электронного
В цепи (канале) обратной связи САР (рис.1) имеются два элемента: трансформатор напряжения TV1 и выпрямитель VD1…VD6. Первый элемент можно трактовать как воспринимающий орган (ВО), а второй - как преобразующий орган (ПО) (рис. 5).
Рис. 5. Функциональные схемы элементов, входящих в канал обратной связи: а - трансформатора TV1; б - выпрямителя VD1…VD6
В рассматриваемой САР (рис. 1.) применена гальваническая схема сравнения сигналов (задающего U0 и сигнала обратной связи U3). Ее в виде функциональной схемы можно представить в виде, приведенном на рис. 6.
Рис. 6. Функциональная схема сравнивающего органа
Объединяя элементарные функциональные схемы (рис. 2 … 6) в соответствии с принципиальной схемой (рис. 1), функциональная схема САР примет вид, показанный на рис. 7.
Рис. 7. Функциональная схема САР: ОР - объект регулирования; ИО - исполнительный орган; УО1, УО2 - усилительные органы 1 и 2; ВО - воспринимающий орган; ПО - преобразующий орган; СО - сравнивающий орган
1.2 Передаточные функции объекта регулирования, элементов САР и структурная схема системы
Объект регулирования (рис.2) имеет две входных величины и одну выходную. Следовательно, он будет иметь передаточные функции по каждому каналу: по регулирующему Wp(p) и по возмущающему воздействию WВ(p).
Передаточную функцию объекта регулирования по регулирующему воздействию Wp(p), руководствуясь принципом суперпозиции, определим на основе (1) при I=0.
где U(p) и UB(p) - соответственно изображения по Лапласу регулируемой величины U и управляющего воздействия .
Из последнего выражения (в левой части) вынесем за скобки U(p)
Аналогично найдём передаточную функцию объекта регулирования по возмущающему воздействию WВ(p), приняв UB=0:
где I(p) - изображение по Лапласу возмущающего воздействия I.
С учётом передаточных функций (7 и 8), структурную схему объекта регулирования можно представить в виде, показанном на рис.8.
Рис. 8. Структурная схема объекта регулирования
Передаточные функции остальных элементов САР, определенные аналогично на основе уравнений (2), (3), (4), (5), (6), имеют следующий вид:
На основе функциональной схемы САР (рис. 7) и найденных передаточных функций, путём замены объекта регулирования в этой схеме его структурной схемой (рис. 8) и замещением функциональных обозначений элементов соответствующими им передаточными функциями (9), (10), (11), (12), (13), составим структурную схему системы (рис.9).
Рис. 9. Структурная схема САР напряжения синхронного генератора
Структурная схема САР (рис. 9) является математической моделью, на основе которой выполняется компьютерное моделирование системы в среде ПК «МВТУ».
2. Определение параметров типового закона регулирования
2.1 Моделирование исходного варианта САР
Моделирование САР выполним в среде программного комплекса «Моделирование в технических устройствах (ПК «МВТУ») /6, 7/, в котором используется метод структурного моделирования, базирующийся на математических моделях САР в виде их структурных схем. Поэтому в первую очередь на основе структурной схемы исходной системы (рис. 9) составляем структурную схему моделирования (рис.10), заменяя звенья САР соответствующими блоками из общетехнической библиотеки ПК “МВТУ” . Для формирования задающего воздействия U0 воспользуемся блоком «Константа», а для создания возмущающего воздействия I используем блок «Ступенчатое воздействие» /6 приложение А/.
Параметры передаточных функций (7 - 13) исходной структурной сх е мы (рис. 9 ) следующие: Т0 = 1,2 с; = 30; = 1 ,64 В/А; k в = 0,001 ; k п = 2,34 ; = 1…35; Т2 = 0,15 с; b = 1,17; = 2; ТИ = 0,5 с; =
Рис. 1 0. Структурная схема моделирования САР напряжения синхронного генератора в среде ПК “МВТУ”
Руководствуясь методикой подготовки исходных данных /6, 7/, выберем метод и зададим параметры интегрирования:
- метод интегрирования «Рунге-Кутта классический 45»;
- исходя из наибольшей постоянной времени Т0 = 1,2 с, принимаем первоначальное время интегрирования 120 с;
- исходя из наименьшей постоянной времени Т2 = 0,15 с, принимаем первоначальные значения шага интегрирования: максимального 0,015 с, минимального 0,00016 с;
- число точек выдачи данных 1600 или интервал выдачи данных 0,015 с;
При оценке качества процесса регулирования будем исходить из следующих требований, предъявляемых к замкнутым САР в статическом и динамическом режиме:
- время регулирования при пятипроцентной «трубке» = ± 0,05 Uуст tр ? 5 с;
С учетом числовых значений параметров передаточных функций САР параметры блоков структурной схемы моделирования (рис. 10) будут иметь значения, приведенные в таблице 1. Первоначальное значение задающего воздействия U0 примем 1, а возмущения I - 0. необходимое значение U0 определим путем его подбора в процессе моделирования системы.
Значения парам етров блоков структурной схемы (рис. 1 0. )
Весовые множители для каждого из входов
Весовые множители для каждого из входов
В результате моделирования САР, в соответствии с данными таблицы 1, получены графики переходных процессов при различных значениях коэффициента усиления k1 (рис. 11, 12), анализ которых показывает следующее:
· критический коэффициент усиления k1 кр = 29 (рис.11,б);
· процесс регулирования при коэффициенте усиления больше критического неустойчивый (рис. 11,а);
· при коэффициенте усиления ниже критического на 20%, обеспечивающем двадцатипроцентный запас устойчивости системы, имеет явно выраженный колебательный характер, неудовлетворительный с позиции качественных показателей САР (рис. 12,а);
· из визуального анализа графика (рис. 12б) следует, что при коэффициенте усиления k1 = 5 обеспечиваются удовлетворительные динамические показатели качества система ( %, n, tp), но не обеспечивается требуемое значение статической ошибки.
Рис.11. Графики переходных процессов САР:
б - на границе устойчивости k1 = k1кр = 29
Рис. 12 Графики переходных процессов САР:
Таким образом, для достижения заданных показателей качества процесса регулирования необходима коррекция исходной САР, которую выполним с помощью типового ПИД-закона регулирования.
2.2 Расчет параметров типового закона регулирования
Структурная схема принятого для коррекции САР типового ПИД-закона регулирования показана на рис. 13, параметры kп, kд и kи которого являются варьируемыми (настраиваемыми). Изменяя их, можно добиться желаемого (заданного) процесса регулирования. Рациональные значения данных параметров определим с помощью эмпирического метода Циглера-Никольса /5, 7/.

Рис. 13. Структурная схема ПИД-закона регулирования: kп = k1
Для расчета параметров ПИД-закона регулирования необходимы числовые значения критического коэффициента П-закона регулирования исходной САР (рис. 9) kп кр = k1 кр и период незатухающих гармонических колебаний Ткр, который определяется непосредственно по графику, показанному на рис.11б. Значения этих параметров согласно результатов моделирования исходного варианта САР, следующие: kп кр = k1 кр= 29; Ткр = 2,2 с.
Для расчета параметров kп, kд и kи воспользуемся формулами Циглера-Никольса /5, 7/ применительно к ПИД-закону регулирования:
Используя последние формулы с учетом kп кр = 29 и Ткр = 2,2 с, получим:
kи = 1,2 kп кр/ Ткр = (1,2 . 29)/ 2,2 = 15,8.
2.3 Компьютерное моделирование скорректированной САР
Структурная схема скорректированной САР, составленная на основе схем, показанных на рис. 9 и рис. 13 имеет вид, приведенный на рис. 14.
Рис. 14. Структурная схема САР с ПИД-законом регулирования
Схемное окно ПК «МВТУ» с введенной структурной схемой моделирования скорректированной САР (рис. 14) показано на рис. 15. Блок 3, 12, 13, 14, и 15 реализуют ПИД-закон регулирования. Их параметры, определены с помощью метода Циглера-Никольса, приведены в таблице Параметры остальных блоков структурной схемы (рис. 15) даны в таблице
Значения параметров дополнительных блоков структурной схемы (рис. 15)
Весовые множители для каждого входа
Рис. 15. Схемное окно с введенной структурной схемой САР ПИД-законом регулирования
На рис. 16 показано графическое окно ПК «МВТУ» с переходным процессом скорректированной САР, а на рисунке 17 приведен обработанный график этого переходного процесса
Рис. 16. Графическое окно с графиком переходного процесса САР с ПИД-законом регулирования (kп=17,4, kд=4,8, kи=15,8)
Рис. 17. Обработанный график переходного процесса САР при kп=17,4, kд=4,8, kи=15,8
Показатели качества САР, полученные на основе обработки графика (рис. 17) следующие.
· количество перерегулирований n = 2;
где U1 = U1 - Uуст = 9940 - 6300 = 3640 В;
U2 = U2 - Uуст = 6856 - 6300 = 556 В.
· количество перерегулирований n = 1;
где U1 = U1 - Uуст = 6966 - 6300 = 666 В;
U2 = U2 - Uуст = 6406 - 6300 = 106 В.
Из анализа полученных показателей качества САР следует, что процесс регулирования при отработке задающего воздействия не удовлетворителен по перерегулированию, так % равное 49% превышает заданное его значение ( зад % 20%). Что касается качества процесса регулирования при отработке возмущения, то он удовлетворяет требуемым показателям качества ( % = 8,8% < 20%).
Известно, что метод Циглера-Никольса, с помощью которого были рассчитаны параметры ПИД-закона регулирования, не гарантируют оптимальных показателей качества процесса регулирования. Улучшенные или оптимальные показатели качества САР можно достичь либо подбором варьируемых параметров (kп, kд, kи), либо их оптимизацией (в ПК «МВТУ» есть модуль обеспечивающий параметрическую оптимизацию САР).
На рис. 18 показан результат моделирования САР при kп=6, kд=2 и kи=7, которые были определены подбором.
Рис. 18. Обработанный график переходного процесса САР при kп=6, kд=2, kи=7 (в увеличенном масштабе)
Показатели качества САР, полученные на основе обработки графика (рис. 18) следующие.
· количество перерегулирований n = 1;
где U1 = U1 - Uуст = 7137 - 6300 = 837 В;
U2 = U2 - Uуст = 6367 - 6300 = 67 В.
· количество перерегулирований n = 0;
где U1 = U1 - Uуст = 6457 - 6300 = 157 В;
U2 = U2 - Uуст = 6318 - 6300 = 18 В;
Из анализа полученных показателей качества следует, что процесс регулирования САР с ПИД-законом регулирования удовлетворяет заданным показателям качества.
система регулирование автоматический передаточный
В курсовой работе решены следующие вопросы и получены следующие результаты:
· составлена функциональная схема САР;
· определены передаточные функции объекта регулирования и элементов системы;
· составлена структурная схема исходной САР, на основе которой выполнено ее компьютерное моделирование;
· результаты моделирования САР показали, что П-закон регулирования не обеспечивает удовлетворительных показателей качества процесса регулирования;
· в ходе моделирования исходного варианта САР определены параметры процесса регулирования на границе устойчивости системы: kкр - критический коэффициент П-закона регулирования и Ткр - период гармонических колебаний (kкр = 29, Ткр = 2,2 с);
· в соответствии с заданием для коррекции САР принят ПИД-закон регулирования, параметры которого (kп, kд, kи) рассчитаны с помощью инженерного метода Циглера-Никольса (kп = 17,4, kд = 4,8, kи = 15,8);
· результаты моделирования скорректированной САР (на основе ПИД-закона регулирования с помощью метода Циглера-Никольса) показали, что она обеспечивает хорошие показатели качества процесса регулирования по задающему воздействию, но не удовлетворяет требованиям к качеству по возмущению;
· посредством подбора параметров ПИД-закона регулирования определены их значения (kп = 6, kд = 2, kи = 7), при которых САР обеспечивает требуемые показатели качества процесса регулирования как по задающему, так и возмущающему воздействию.
1. Бородин, И.Ф. Автоматизация технологических процессов [текст]/ И.Ф. Бородин, Ю.А. Судник. - М.: КолосС, 2007. - 343 с.
2. Шавров, А.В. Автоматика [текст]/ А.В. Шавров, А.П. Коломиец. - М.: КолосС, 2010. - 262 с.
3. Карташов, Б.А. Практикум по автоматике. Примеры и задачи по системам автоматического регулирования (в двух частях). Часть первая. Примеры решения задач по системам автоматического регулирования [текст]/ Б.А. Карташов, А.Б. Карташов, Т.В. Жидченко. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2007. - 155 с.
4. Карташов, Б.А. Практикум по автоматике. Примеры и задачи по системам автоматического регулирования (в двух частях). Часть вторая. Задания для разработки схем, расчетов и исследований систем автоматического регулирования [текст]/ Б.А. Карташов, А.Б. Карташов, Т.В. Жидченко. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2007. - 175 с.
5. Карташов, Б.А. Анализ и синтез систем автоматического регулирования с микроЭВМ [текст]/ Б.А. Карташов, Е.А. Шабаев. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2009. - 170 с.
6. Практикум по автоматике. Математическое моделирование систем автоматического регулирования [текст]/ под. ред.Б.А. Карташова // Б.А. Карташов, А.Б. Карташов, О.С. Козлов, Г.С. Пархоменко, С.Г. Пархоменко. - М.: КолосС, 2004, 2006. - 184 с.
7. Практикум по математическому моделированию систем автоматического регулирования [текст]/ под. ред.Б.А. Карташова // Б.А. Карташов, А.Б. Карташов, О.С. Козлов, Г.С. Пархоменко, С.Г. Пархоменко. - М.: КолосС, 2009. - 299 с.
Исследование системы автоматического регулирования на устойчивость. Нахождение передаточного коэффициента системы и статизма системы. Построение кривой переходного процесса и определение показателей качества. Синтез системы автоматического регулирования. курсовая работа [757,3 K], добавлен 26.08.2014
Характеристика объекта управления, описание устройства и работы САР, составление её функциональной схемы. Изучение принципа работы системы автоматического регулирования температуры воздуха. Определение передаточных функций системы и запасов устойчивости. курсовая работа [633,3 K], добавлен 10.09.2010
Получение расчетных передаточных функций объекта. Методика расчета параметров автоматического регулирования по МПК, МПК с О, ММЧК, построение оптимальных графиков переходных процессов и оценка прямых показателей качества. Анализ полученных результатов. курсовая работа [172,3 K], добавлен 11.04.2012
Выбор структуры регулирования и расчет параметров настройки. Моделирование характеристик расчётной системы и компенсатора по каналу воздействия. Проектирование динамических характеристик с учётом компенсатора. Параметры регулирования нелинейной системы. курсовая работа [251,2 K], добавлен 17.06.2011
Вывод дифференциального уравнения дроссельной иглы. Построение схемы и понятие передаточных функций системы автоматического регулирования перепада давления топлива на дроссельном кране. Проверка устойчивости САР по критериям Найквиста и Рауса-Гурвица. курсовая работа [755,4 K], добавлен 18.09.2012
Автоматизация производственного процесса. Исследование динамических свойств объекта регулирования и регулятора. Системы автоматического регулирования уровня краски и стабилизации натяжения бумажного полотна. Уравнение динамики замкнутой системы. курсовая работа [1,4 M], добавлен 31.05.2015
Описание устройства работы системы автоматического регулирования температуры поливной воды в теплице, определение передаточных функций системы по управляющему и возмущающему воздействиям. Анализ устойчивости системы по критериям Гурвица и Найквиста. курсовая работа [1,5 M], добавлен 15.09.2010
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



Проектирование системы автоматического регулирования контрольная работа. Производство и технологии.
Сочинение Ф Решеиникова Мальчики
Научные Основы Идентификации Личности По Почерку Реферат
Курсовая Работа На Тему Развитие Силовых Способностей У Стрелков-Спортсменов
Доклад по теме Современные направления прикладной психофизиологии
Принципы Транспортного Права Реферат
Реферат: Коррекция агрессивности в младшем школьном возрасте
Доклад: Российская культура в начале ХХ в.
Курсовая работа по теме Процесс поверхностной обработки зерна
Реферат: 2. Факторы, влияющие на плотность населения в регионах России 10
Контрольная работа: Цифровая обработка ультразвукового изображения
Реферат: Всемирная торговая организация и ее роль в мировой экономике.
Реферат Сущность И Структура Бизнес Плана
Внутренние факторы туроперейтинга
Курсовая Работа Основные Особенности В Менеджменте
Реферат: Перспективные направления Indoor-рекламы в сфере сервиса
Лекция На Тему Усилительные Каскады Переменного Тока На Биполярных Транзисторах
Артикуляционный Аппарат Реферат
Сочинение По Цитате 9 Класс
Реферат: The Scarlet Letter Symbolic Characters Essay Research
Инвестиционное Право Реферат
Музыкальный компонент как составляющая креолизованного текста песни - Музыка статья
Фильтры верхних частот - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа
Встречный иск - Государство и право контрольная работа