ПРАКТИЧЕСКАЯ работа №3 Исследование качества замкнутой системы автоматического регулирования в переходном режиме. Синтез корректирующего устройства.

1. Цель работы: Исследование качества переходных процессов в замкнутой системе автоматического регулирования. Изучение синтеза корректирующего звена методом логарифмических амплитудно-частотных характеристик и проверка правильности принятия этого звена.

2.Задачи работы:приобрести навыки определения качества переходного процесса замкнутой системы автоматического управления, приобрести навыки синтеза системы автоматического управления на базе последовательных корректирующих звеньев.

3. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО РАБОТЕ

Для того, чтобы добиться желаемого качества процесса управления или регулирования, т. е. требуемой точности системы и качества переходного процесса, есть два способа. Первый состоит в том, чтобы достигнуть этого путем изменения параметров данной системы, так как с изменением параметров меняются соответственно коэффициенты уравнения и частотные характеристики, а значит, и качество процесса. Если же путем изменения параметров не удается получить желаемый результат, то надо применить второй способ – изменить структуру системы, введя дополнительные звенья — корректирующие устройства. Основная задача корректирующих устройств состоит в улучшении точности системы и качества переходных процессов. Однако наряду с этим путем введения корректирующих устройств можно решать и более общую задачу — сделать систему устойчивой, если она была без них неустойчивой, а затем добиться и желаемого качества процесса регулирования.

Частотный метод синтеза корректирующих устройств

Наиболее распространен частотный метод синтеза корректирующих устройств с помощью логарифмических частотных характеристик. Он проводится следующим образом. Строится желаемая логарифмическая амплитудная частотная характеристика, исходя из требуемой точности системы и требуемого качества переходного процесса. Эта желаемая характеристика сравнивается с той, которую данная система имеет без коррекции. Определяется передаточная функция корректирующего устройства так, чтобы при его включении в систему, в последней получилась бы желаемая форма логарифмической амплитудной характеристики. Затем строится фазовая частотная характеристика и оценивается получающаяся при этом величина запаса устойчивости системы и другие качественные показатели.

Требования качества переходного процесса. Пусть заданы допустимое перерегулирование и время затухания переходного процесса tп.

Коррекцию осуществляют для повышения запаса устойчивости путем введения дополнительных звеньев. Коррекцию можно вводить тремя разными, но основными способами. Последовательная коррекция - это один из этих способов.

Алгоритм проведения коррекции:

1. Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ нескорректированной разомкнутой системы.

2. Построение ЛАЧХ скорректированной (желаемой) системы. Эта ЛАЧХ состоит из трех асимптот - низкочастотной НЧА, среднечастотной СЧА и высокочастотной ВЧА и двух участков, сопрягающих среднечастотную асимптоту с низко- и высокочастотными. Порядок построения желаемой ЛАЧХ принимается следующий:

а. определяется частота среза w_ср, модули L1=/L2/ и угол m как запасы устойчивости по амплитуде и фазе. В основу синтеза положены следующие показатели качества: перерегулирование при ступенчатом воздействии на входе и время переходного процесса. Зная их по кривым номограмм [1,2,3] определяем P_max,P_min, w_п, w_{ср .}

Зная значения Pmax,Pmin по номограмме [1,2,3] определяем запасы устойчивости по модулю и фазе.

б. строится среднечастотная асимптота. Учитывая, что СЧА определяет качество переходного процесса системы и запас устойчивости по амплитуде и фазе. проходит СЧА через частоту среза с наклоном 20dB/дек, что обеспечивает достаточный запас устойчивости по фазе в промежутке по оси ординат от L1 до L2, что дает достаточный запас устойчивости по модулю (рис.1).

в. строятся низко- и высокочастотные асимптоты так, чтобы они в возможно большем диапазоне частот совпадали с ЛАЧХ нескорректированной системы. Это упрощает схемы корректирующих устройств и их выбор.

г. СЧА сопрягается с НЧА и ВЧА. Сопряжение производится прямыми с наклонами -20, -40, -60 dB/дек. Желательно, чтобы этот наклон отличался от наклона ЛАЧХ нескорректированной системы в том же диапазоне частот не более чем на 20dB/дек. Желательно также, чтобы сопряжение производилось в точках сопряжения участков ЛАЧХ нескорректированной системы. Все это ведет к простым корректирующим звеньям, что является основным признаком при выборе НЧА, ВЧА и отрезков, сопрягающих их с СЧА.

3. Построение ЛАЧХ последовательного корректирующего устройства производится в соответствии уравнения

 

Рис 1. Логарифмические амплитудно-частотные характеристики

системы с последовательной коррекцией.

 

 

По построенной ЛАЧХ определяются звенья, из которых она может быть получена, и их параметры. Практически это делается по справочным таблицам [1,2,3], где приведены ЛАЧХ типовых корректирующих устройств, и их принципиальные электрические схемы и зависимости, позволяющие определить параметры.

4. Если при выполнении последовательного корректирующего устройства возникают трудности, то оно может быть заменено параллельным устройством. Это делается на основании их одинаковых действий и, следовательно, на основании их равенства их передаточных функций.

4. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Ознакомиться с теоретическими сведениями по данной работе, провести описание заданной системы пункта 1 и построить ЛЧХ.

5. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

Определение устойчивости автоматической системы управления частотой вращения двигателя. Лабораторная работа проводится в среде Matlab в приложении Simulink.

1. Исходные данные.

Объект состоит последовательного соединения элементов и с одной обратной связью , количество которых и их передаточные функции и числовые значения представлены ниже.

2. Собрать схему нескорректированной системы в соответствии с указаниями по выполнению лабораторной работы.

3. Построить ЛЧХ (с помощью кривых, машинный расчет), график переходного процесса нескорректированной системы. Сравнить графики ЛЧХ и сделать вывод.

4. По графику переходного процесса определить перерегулирование и время переходного процесса. Сделать вывод.

5. По требованиям к качеству переходного процесса (табл.2), определить последовательное корректирующее звено.

5.1. По заданным показателям качества процесса управления построить желаемую ЛАЧХ скорректированной системы.

5.2. Вычитая из желаемой ЛАЧХ график исходной ЛАЧХ, построить ЛАЧХ звена коррекции.

5.3. По справочным материалам учебной литературы выбрать схему звена коррекции, задаваясь произвольно одним из параметров корректирующего звена определить все значения параметров этого звена. Определить его передаточную функцию.

6. Собрать схему с корректирующим звеном в соответствии с указаниями по выполнению лабораторной работы.

7. Построить ЛЧХ (машинный расчет) и график переходного процесса.

8. По графику переходного процесса определить перерегулирование и время переходного процесса скорректированной системы

9. Сделать выводы по работе

6. УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ: