Синтез линейных ТАУ - Программирование, компьютеры и кибернетика курсовая работа

Анализ устойчивости, чувствительности и точности следящей системы и автоматического регулирования скорости. Коррекция электромеханической системы поворота руки робота в пространстве состояний с использованием аналогового и цифрового модальных регуляторов.


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.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
«Воронежский государственный технический университет»
Кафедра электропривода автоматики и управления в технических системах
По дисциплине “Теория автоматического управления”
“Теория автоматического управления”
Технические условия: 1) =0,05 2) =5%
1.1 Электромеханическая система управления руки робота
На рис. 1 представлена схема электромеханической системы управления руки робота, а в таблице 1 - параметры двигателя, в таблице 2 - параметры элементов, в таблице 3 - параметры качества системы
Рис. 1. Схема электромеханической системы управления поворота руки робота:
Б.Р.П. - блок регулируемого электропривода (предварительный усилитель ПУ2 и усилитель мощности);
Д.О.С.- датчик обратной связи (датчик угла поворота);
Т.Г. - тахогенератор (датчик скорости);
Uу - напряжение задания угла поворота руки [ В];
Uп - напряжение с выхода предварительного усилителя [В];
Uя - напряжение в якорной цепи двигателя [В];
щдв - угловая скорость вращения вала двигателя [рад./с.];
+ Uп, -Uп - напряжение питания датчика обратной связи [В];
Uос - напряжение датчика обратной связи [В].
Uтг - напряжение тахогенератора. [В].
Коэффициент передачи усилителя (БРП)
Постоянная времени усилителя (Б.Р.П)
Коэффициент передачи тахогенератора
1.2 Расчетные формулы для определения параметров передаточной функции двигателя
Все вычисления параметров двигателя постоянного тока приводятся с точностью до 0.0001. Параметры передаточной функции двигателя - таблица 4.
Электромагнитный момент Mн = P/(2*р*n/60)
Константа Ce = (U - Iя*Rя)*30/( р *n)
Электромеханическая постоянная времени Tm = (J*Rя)/(Cм*Ce)
Электромагнитная постоянная времени Ta = Lя/Rя
Коэффициент передачи двигателя по управлению Kд = 1/Ce
Параметры передаточной функции двигателя
2. Дифференциальные уравнения электромеханической системы
2.1 Классическая форма записи дифференциальных уравнений
Передаточные функции элементов определяются:
Двигатель сводится к передаточной функции колебательного звена
напряжение, поступающее от внешнего задающего устройства.
выходной сигнал предварительного усилителя.
угловая скорость входного вала редуктора.
угол поворота выходного вала редуктора.
напряжение с выхода датчика скорости
2.2 Уравнения состояний системы управления и двигателя
Рис. 2 а - структурная схема системы управления, б - структурная схема двигателя
По полученной структурной схеме запишем уравнения состояния системы управления:
Воспользуемся теми же преобразованиями для составления уравнений состояния двигателя, представленного типовым динамическим звеном второго порядка.
По полученной структурной схеме запишем уравнения состояния двигателя:
3. Структурная схема электромеханической следящей системы
3.1 Блок-схема двухконтурной электромеханической следящей системы
Блок-схема электромеханической следящей системы - двухконтурная автоматическая система представлена на рис.3
Электромеханическая следящая система состоит из двух автоматических систем:
системы автоматического регулирования скорости (внутренний контур);
Двигатель постоянного тока заменяется структурной схемой.
В структурную схему на входе РС дополнительно введен элемент, определяющий номинальное напряжение U=220.
Изображаем структурную схему и записываем передаточные функции разомкнутой и замкнутой системы
Рис.3. Блок-схема двухконтурной электромеханической следящей системы
Датчик обратной связи принимается Кдос=1
ПУ1 и ПУ2 - имеют одинаковые коэффициенты ( не настроены)
3.2 Структурная схема с САР скорости
Рис.4. Блок-схема одноконтурной САР
3.3 Передаточные функции САР скорости по управлению в tf- форме, разомкнутой и замкнутой электромеханической следящей системы
4. Анализ электромеханической следящей системы
4.1 Анализ устойчивости по критерию Гурвица
4.1.1 Анализ устойчивости САР скорости
=0.0332*0.0271+0.0332*0.005=0.00106572
=0.0382*0.00106572*0.0000044986-1.000385*0.0000044986 2 =1.0467-2.8227=-1.776
=1.000385*0.0000044986=0,000004500331961
(+0.0332)(0.0332*0.0271+0.0332*0.005)=0.00166*0.00106572=0.000007690952
*=1.000132*0.000168=0.0000002097404771
4.1.3 Устойчивость по расположению корней характеристического уровня
Так как исходная система неустойчива при заданных параметрах К ПУ1 и К ПУ2 , то мы изменяем коэффициент К ПУ1 =0.84. Вид переходной характеристики - колебательный, а сама система устойчива.
Так как действительная часть корней отрицательная и расположена в 2 и 3 четвертях, то система устойчива.
4.1.4 На рисунке 5 СС представлено расположение корней устойчивой системы при комплексных уравнениях
Действительная часть отрицательна, значит система устойчива. Корни расположены во второй и третьей четверти. Во второй четверти положительные корни, а в третьей отрицательные.
На рисунке 4 представлена ЛАЧХ запас по фазе.
Так как запас по фазе отрицательный, то система устойчива.
4.1.6 Устойчивость по АФЧХ разомкнутой системы
На рисунке 7 представлен расположение АФЧХ разомкнутой системы.
4.1.7 Устойчивость по переходной характеристике
На рисунке 6 представлена колебательная переходная характеристика следящей системы, где время регулирования = 1,19, а перерегулирование = 18,6%
4.2 Анализ показателя качества по переходной характеристике
4.2.1 Показатели качества САР скорости
На рисунке 7 представлена переходная характеристика САР скорости. По условию работы h(уст.)=n(об/мин)=1100. Коэффициент САР скорости К ПУ2 =0.84.
Переходная характеристика должна быть апериодической, где
На рисунке 8 представлена апериодическая характеристика.
4.3 Анализ точности САР и следящей системы
На рис 11представлен график позиционной ошибки 1, где
На рисунке график скоростной ошибки равна
На рисунке 10 представлен график скоростной ошибки
5. Коррекция электромеханической САР скорости
5.1 Переходная характеристика уравнения двигателя
На рисунке представлена схема моделирования для однополярного и двуполярного сигнала уравнения.
Рис. 14 Схема моделирования для однополярного и двух полярного сигнала управления.
Рис. 15 Переходная характеристика двигателя
На рисунке представлена характеристика времени.
Где время регулирования t=0,1599с время перерегулирования
5.2 По результатам настройки САР скорости при hуст=n и КПу2=0,84
При заданном времени регулирования tp, tн, , используется корректирующие условие КУ=5
На рисунке предоставлена модель для получения корректирующего устройства.
Рис.16. Аппаратная реализация корректирующего устройства
данные С=1, F=220, H=0.0010, G=W1*W2*W3
Вводим в рабочей области Matlab команды
На рисунке 12 представлена схема, в которую мы вставляем корректирующее устройство
Рис. 17 Схема с корректирующим устройством
Подобранное корректирующее устройство
На рисунке 19 представлена импульсная переходная характеристика
Рис. 19 Импульсная переходная характеристика
5.3 Коррекция следящей системы с П регулятором и с корректированной САР скорости
На рисунке 15 представлена схема следящей системы с подобранным Кпу1.
Вывод: в результате увеличения Кпу1, время регулирования уменьшилось по сравнению с пунктом 4.2.2 почти в 2 раза.
6. Анализ чувствительности и точности САР скорости
6.1 Исследование чувствительности с помощью структурной схемы
Для скорректированной структурной схемы САР скорости оценивается влияние отклонения выбранных параметров корректирующего устройства постоянных времени Т1 или Т2на переходную характеристику. При аппаратной реализации корректирующее устройство в виде RC-цепи необходимо учитывать допустимые отклонения параметров .В этом случае, обычно, используется - отклонение по переходной характеристике. Затем выделяется приращение переходной характеристики от положительного и отрицательного значения. Структурная схема приведена на рисунке 21.
На рисунке 22 представлены переходные характеристики.
6.2 Коррекция электромеханической системы поворота руки робота в пространстве состояний с использованием модального регулятора
Выводим переходную характеристику электромеханической системы с доступом к переменным постоянным состояний и определяются корни характеристического уравнения при задании следующих команд.
На рисунке представлена переходная характеристика. Структурная схема предназначенная для сравнения выходных характеристик по отклонению приведена на рисунке 23
Если выход 1 подать на положительный вход сумматора, меняется только форма характеристики, т.е. становится вогнутой. На рисунке 25 представлена данная переходная характеристика.
Полученные данные приведены в таблице ниже
Вывод: в случае если мы увеличиваем отклонение на 20%, то время регулирования уменьшается tp=0,12, перерегулирование увеличивается =2,54; если же мы уменьшаем отклонение, то и время регулирования и перерегулирование увеличивается: tp=0,17 и =7,56%.
6.2 Метод дифференцирования передаточной функции
Существует еще второй путь дифференцирования передаточной функции по приращению заданного значения.
Все операции проводятся в рабочей области MATLAB.
w2 =((59*s)/5000 + 1)/((7*s)/200 + 1)
>> w4=0.6055/(0.0332*0.0271*s^2+0.0332*s+1)
w4 =1211/(2000*((8298452288998979*s^2)/9223372036854775808 + (83*s)/2500 + 1))
(25431*((59*s)/5000 + 1))/(5000*(s/200 + 1)*((7*s)/200 + 1)*((8298452288998979*s^2)/9223372036854775808 + (83*s)/2500 + 1))
(25431*((59*s)/5000 + 1))/(5000*(s/200 + 1)*((7*s)/200 + 1)*((178017*((59*s)/5000 + 1))/(10000000*(s/200 + 1)*((7*s)/200 + 1)*((8298452288998979*s^2)/9223372036854775808 + (83*s)/2500 + 1)) + 1)*((8298452288998979*s^2)/9223372036854775808 + (83*s)/2500 + 1))
Особенностью исследования при задании структурных схем в области Simulink является то, что при исследовании системы в рабочей области Matlab матрицы А, В, С, D не соответствуют матрицам исходной системы.
В этом случае исследование системы проводится в рабочей области, а структурная схема системы с доступом к переменным состояний используется для определения уравнения системы в матрично-векторной форме.
7. Коррекция электромеханической системы с модальным регулятором
7.1 Структурная схема и векторно-матричная описание с доступом к переменным состоянием
В рабочей области вводим последовательность команд задаются матрицы исходной системы:
>> A=[0 1 0 0; 0 0 1 0; 0 -1/(0.0332*0.0271) -1/0.0271 0.6055/(0.0332*0.0271); -0.01*0.84*220*0.835*10/0.005 -0.0035*0.84*0.6055/0.005 0 -1/0.005]
0 -1.1115e+003 -3.6900e+001 6.7299e+002
-3.0862e+003 -3.5603e-001 0 -2.0000e+002
>> B=[0;0;0;0.84*220*0.835*10/0.005]
Представлена переходная характеристика
Вывод: переходная характеристика схемы с доступом к переменным состояниям в матричном виде одна и та же. Затем мы просматриваем значения переходных составляющих остальных переменных с помощью команды
На рисунке 26 представлены переходные характеристики остальных переменных
7.2 Структурная схема и векторно-матричное описание системы с модальным регулятором
Корни получаем с помощью команды набранной в рабочей области pole(h)
>> p=[(-1.9981e+002)*3 (-1.3676e+001)*3 (-1.1708e+001 +2.4960e+001i)*3 (-1.1708e+001 -2.4960e+001i)*3]
-5.9943e+002 -4.1028e+001 -3.5124e+001 +7.4880e+001i -3.5124e+001 -7.4880e+001i
Формируем матрицы корней модального регулятора
K =8.0002e-001 2.5788e-002 2.4290e-004 1.5353e-003
>> dA=[0 0 0 0; 0 0 0 0; 0 0 0 0; -220*K*0.84*0.835*10/0.005]
-2.4690e+005 -7.9585e+003 -7.4964e+001 -4.7381e+002
0 -1.1115e+003 -3.6900e+001 6.7299e+002
-2.4998e+005 -7.9644e+003 -7.4964e+001 -6.7381e+002
Строится переходная характеристика по выходу СС, на ней отмечается время регулирования tp, которое должно быть в (1,5-2) раза меньше регулирования tp в скорректированной системе с П-регулятором
Вывод: время переходной характеристики уменьшилось.
8. Реализация цифрового модального регулятора
8.1 Параметры блоков в цифровой форме
Цифровой модальный регулятор в составе сумматора и четырех блоков Gain переводится в цифровую форму с помощью Int. С выхода X1, X2, X3, X4 снимаются аналоговые сигналы, которые преобразуются с помощью АЦП (элемент Data Type). Вход -- аналоговый. На выходе сумматора ставится ЦАП. Выход аналоговый.
8.2 Переходная характеристика схемы с ЦМР
На рис. 35 представлена схема с ЦМР.
При разрядности не ниже 32 представлена переходная характеристика.
Если изменять разрядность изменяется не значительно только сигма для периодического переходного процесса.
При задании команды выводятся переходные процессы. Переменные X2 (скорость) X3 (ток) X4 (напряжение). Амплитудные значения аналогичные.
робот автоматический цифровой регулятор
9. Исследование электромеханической системы с наблюдателем
При использовании одного датчика для главной обратной связи, (датчик положения) структурную схему с модальным регулятором можно использовать при реализации наблюдателя. Наблюдатель по входу и выходу системы восстанавливает все составляющие вектора управления Х 1, Х 2, Х3, Х 4. Реализация наблюдателя может осуществляться программно при использовании среды Матлаб. Корни наблюдателя должны быть в 8-10 раз по модулю больше корней исходной системы. Для формирования наблюдателя используются следующие команды, для исходной системы:
[A1,B1,C1,D1]= linmod('untitled1_1')
Для реализации наблюдателя используются след команды:
На рисунке 36 представлена структурная схема с наблюдателем, где исходная система трансфер-форма.
На рисунке 37 представлена переходная характеристика с наблюдателем (указывается время и сигма), переход характеристика совпадает с переходной характеристикой системы с модальным регулятором.
Для СС заданы параметры сигма = 0.05, время регулирования должно быть уменьшено в 2-3 раза по сравнению с исходной системой.
Для САР скорости задается сигма = 5%, и hуст = 1100 (обороты).
Исследования проводились в рабочей области Матлаб и Симулинк с помощью визуальных блоков.
Для САР скорости использовался П - пропорциональный регулятор, и последовательное корректирующее устройство. Решение дифференциального уравнения ДПТ осуществлялось с помощью оператора Dee. Для повышения быстродействия СС использовался модальный регулятор в аналоговой и цифровой форме.
Исследование системы с наблюдателем показало, что в системе можно использовать один датчик обратной связи, а переходная характеристика аналогична системе с двумя датчиками.
1. Методические указания к выполнению лабораторных работ 1-4 по дисциплине “Теория автоматического управления” для студентов направление 221000.62. Мехатроника и робототехника (промышленная и специальная робототехника ) очной формы обучения / Сост. А.П. Харченко, Ю.С. Слепокуров. Воронеж.: ВГТУ, 2004. 28 с.
2. Методические указания к выполнению лабораторных работ 5-8 по дисциплине “Теория автоматического управления” для студентов специальности 221000.62 “Роботы и робототехнические системы” очной формы обучения / Сост. А.П. Харченко, Ю.С. Слепокуров. Воронеж.: ВГТУ, 2004. 47 с.
3. Методические указания к выполнению лабораторных работ 9-13 по дисциплине “Теория автоматического управления” для студентов очной формы обучения 221000.62 / Сост. А.П. Харченко, Ю.С. Слепокуров. Воронеж.: ВГТУ, 2006. 19 с.
4. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине “Теория автоматического управления” для студентов специальности 220402 “Роботы и робототехнические системы” очной и очно-заочной форм обучения / Сост. А.П. Харченко, Ю.С. Слепокуров, А.К. Муконин Воронеж.: ВГТУ, 2008. 29 с.
Создание дискретной системы автоматического управления кистью руки робота андроида. Технические характеристики; выбор и обоснование элементной базы: микропроцессора, датчиков, усилителя. Синтез аппаратного и программного корректирующего устройства. курсовая работа [925,3 K], добавлен 09.03.2012
Методы исследования устойчивости нелинейной следящей системы. Разработка алгоритмического и программного обеспечения автоматизированной системы с использованием инструментальных средств ПЭВМ. Проверка эффективности проекта путем сравнения результатов. дипломная работа [568,7 K], добавлен 30.04.2011
Синтез системы автоматического управления корневым методом, разработанным Т. Соколовым. Определение передаточных функций по задающему и возмущающему воздействиям. Оценка устойчивости замкнутой нескорректированной системы регулирования по критерию Гурвица. курсовая работа [1,3 M], добавлен 26.01.2015
Составление и анализ математической модели объекта управления и структурной схемы системы. Построение областей устойчивости, требуемой точности и быстродействия статического регулятора. Анализ замкнутой системы управления с непрерывным регулятором. курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.04.2012
Понятие пространства состояний, матрицы передаточной функции. Понятие управляемости многомерной системы. Реализация и исследование многомерной системы регулирования. Построение математической модели. Визуализация полученных результатов средствами Mathcad. курсовая работа [366,1 K], добавлен 19.10.2012
Методика составления типовых звеньев, этапы расчета передаточных функций элементов. Определение устойчивости системы, критерии оценки данного показателя. Проведения синтеза системы автоматического регулирования при получении дополнительных условий. курсовая работа [54,1 K], добавлен 10.01.2015
Классификация аналитических моделей. Дискретные, линейные, нелинейные и непрерывные модели. Методы синтеза регуляторов. Требования к проектируемой системе управления. Оценка состояния и синтез наблюдателя. Синтез системы в пространстве состояний. курс лекций [1,9 M], добавлен 28.01.2015
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



Синтез линейных ТАУ курсовая работа. Программирование, компьютеры и кибернетика.
Реферат по теме Геологическое и петрофизическое исследование модели пласта БУ 20-1 Южно-Пырейного месторождения
Реферат Уголовная Ответственность Несовершеннолетних В 2022 Году
Реферат по теме Деятельность бизнес-ангелов в Европе
Компьютерное Моделирование Реферат
Курсовая работа по теме Организация проведения аудита унитарных предприятий на примере МУП 'Электрические сети' г. Стерлитамак
Здоровые Дети Реферат
Сочинение: Героизм русских солдат в повести В.Быкова Журавлиный крик
Каждый Сам Кузнец Своего Счастья Сочинение
Как Писать Текст Диссертации
Курсовая работа: Развитие франчайзинга как формы поддержки малого предпринимательства в России и зарубежных странах. Скачать бесплатно и без регистрации
Контрольная работа: Социальные группы и организации
Работа В Жизни Человека Сочинение
Курсовая Работа На Тему Элементы Системы Управления Сварочным Манипулятором Интегрированной Системы
Реферат Великая Депрессия
Дневник Практики Помощник Воспитателя
Сочинение На Тему Известный
Реферат Антисептика Заключение
Контрольное Сочинение На Тему Чудный Собор
Реферат: Мережі Intranet для організацій
Курсовая Работа По Теории Государства И Права На Тему Правонарушение
Производственная структура кафе - Кулинария и продукты питания отчет по практике
Физико-географический очерк Архангельской области - Геология, гидрология и геодезия курсовая работа
Правовой статус и полномочия администрации муниципального образования - Государство и право контрольная работа