14_08_18_ТАУ_1,2_Лабораторный практикум
.pdf
Лабораторная работа №4 Исследование переходных процессов в системах подчиненного
регулирования, настроенных на модульный и симметричный оптимумы
Цель работы: Рассчитать регуляторы и исследовать переходные процессы в системах подчиненного регулирования, настроенных на модульный и симметричный оптимумы
Порядок выполнения работы:
1. Рассчитать передаточную функцию регулятора Wр1(s) однократно
интегрирующей системы регулирования (рис. 4), при условии ее настройки на модульный оптимум. Исходные данные для расчета приведены в табл. 4.
X |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
Y1 |
||||
|
|
|
|
|
WP1 |
(S) |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Tµ S+1 |
|
|
Т1s+1 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4 - Структурная схема однократно интегрирующей системы регулирования с интегрирующим звеном в составе регулятора
2. Рассчитать передаточную функцию регулятора Wр2 (s) однократно
интегрирующей системы регулирования (с интегратором в объекте регулирования) (рис. 5), при условии ее настройки на модульный оптимум.
X |
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
Y2 |
|||||||
WP2 |
(S) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Tµ S+1 |
|
|
S |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 5 - Структурная схема однократно интегрирующей системы регулирования с интегрирующим звеном в составе объекта управления
3. Рассчитать передаточную функцию регулятора WP3(S) и фильтра
Wф (s) для двукратно интегрирующей системы регулирования (рис. 6).
11
X |
|
|
|
1 |
1 |
Y3 |
|
Wф(s) |
|
|
|
|
|||
|
Wp3 |
(s) |
|
|
|||
|
|
|
|
Tµ S+1 |
S |
|
|
Рисунок 6 - Структурная схема двукратно интегрирующей системы |
|||||||
регулирования |
|
|
|
|
|
|
|
4. Определить параметры типовых блоков SIMULINK, соответствующих |
|||||||
структурной схеме модели, изображенной на рис. 7. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
1 |
|
1 |
Y1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
WP1 (S) |
|
T S+1 |
Т1s+1 |
|
|
|
|
|
|
µ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
F =1.2 |
|
|
|
|
|
x =1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
Y2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
WP2 (S) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Tµ S+1 |
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Y3 |
Wф |
(s) |
|
|
1 |
|
|
|
Wp3 (s) |
|
|
|
||||
|
|
|
|
||||
|
|
Tµ S+1 |
|
S |
|
||
|
|
|
|
|
|
в) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 7 - Структурная схема модели системы подчиненного |
|||||||
регулирования при наличии интегратора в объекте управления: |
|
|
|||||
A - однократно интегрирующая с интегратором в составе регулятора, б - |
|||||||
однократно интегрирующая с интегратором в объекте регулирования, в - |
|||||||
двукратно интегрирующая с фильтром на входе |
|
|
|||||
5.Время подачи возмущающего сигнала F принять равным 0.25 с.
6.Время моделирования предварительно принять равным 0.6 с.
7.Выполнить моделирование с выводом на одном графике управляющего
сигнала |
X , |
возмущающего сигнала |
F и всех |
выходных |
переменных |
y1, y2, y3 . |
|
|
|
|
|
8. |
Для |
каждой из выходных |
переменных |
y1, y2, y3 |
определить |
характеристики переходных функций: перерегулирование δ , время первого
12
достижения установившегося значения tн , время регулирования tр ,
статическую ошибку регулирования по управлению сту и по возмущению
ств .
9.Проанализировать полученные результаты, сделать выводы.
10.Результаты работы оформить в виде отчета.
Таблица 9.1
Варианты заданий
№ |
Т |
, с |
T , с |
|
µ |
1 |
|
1. |
0.008 |
0.02 |
|
2. |
0.009 |
0.03 |
|
3. |
0.010 |
0.04 |
|
4. |
0.007 |
0.04 |
|
5. |
0.010 |
0.03 |
|
6. |
0.008 |
0.02 |
|
7. |
0.010 |
0.04 |
|
8. |
0.009 |
0.03 |
|
9. |
0.007 |
0.02 |
|
10. |
0.011 |
0.04 |
|
11. |
0.009 |
0.03 |
|
12. |
0.007 |
0.02 |
|
№ |
Т |
, с |
T , с |
|
µ |
1 |
|
13. |
0.008 |
0.03 |
|
14. |
0.009 |
0.04 |
|
15. |
0.010 |
0.03 |
|
16. |
0.007 |
0.02 |
|
17. |
0.010 |
0.05 |
|
18. |
0.008 |
0.04 |
|
19. |
0.010 |
0.02 |
|
20. |
0.009 |
0.05 |
|
21. |
0.007 |
0.04 |
|
22. |
0.011 |
0.05 |
|
23. |
0.009 |
0.02 |
|
24. |
0.007 |
0.03 |
|
Содержание отчета:
1.Наименование и цель работы.
2.Расчеты по пунктам 1-6.
3.Структурные схемы однократно и двукратно интегрирующих систем регулирования (рис. 4, 5, 6) с числовыми значениями коэффициентов.
4.Структурная схема модели системы регулирования (рис. 7) с числовыми значениями коэффициентов.
5.Графики переходных функций.
6.Характеристики переходных функций.
7.Выводы.
13
Лабораторная работа №5 Расчет регуляторов и моделирование системы заполнения бака водой
Цель работы:
•рассчитать параметры системы,
•рассчитать регуляторы,
•исследовать переходные процессы в системе автоматического заполнения бака водой
Порядок выполнения работы:
1. В соответствии с вариантом задания (табл. 5) рассчитать передаточные функции модели системы и параметры регуляторов положения задвижки и заполнения бака. При выполнении расчетов углы поворота задвижки задаются в радианах. Перемещение задвижки из нулевого положения к полному открытию должно осуществляться за время TO .
2. Собрать структурную схему модели контура регулирования положения задвижки (рис. 8).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕ р ( s) |
|
ϕ рз ( s) |
|
|
|
|
|
|
К рb |
|
WEM ( S) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CONSTANT |
|
GAIN |
TRANSFER FCN |
|
|
SCOPE |
||||||||
Угол открытия |
Регулятор |
Исполнительный |
|
|
|
|
||||||||
задвижки |
|
механизм |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 8 - Структурная схема модели оптимизированной системы управления положением задвижки
3. Время моделирования предварительно принять равным tм = 2to .
4, Выполнить моделирование системы, подав на вход значение угла
ϕрз = ϕ рmax в радианах.
5.Построить графики переходного процесса ϕ рз , ϕ р .
6.Определить показатели качества переходного процесса открытия задвижки.
7.Собрать структурную схему модели системы заполнения бака водой с ограничением угла поворота задвижки (рис. 9).
14
|
|
|
|
|
ϕ р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
(s) |
|
ϕ P (S) |
|
h(s) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕ pз |
|
|
|||||||||||
hз ( s) |
|
|
|
|
К рh |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К рb |
WEM ( S) |
|
|
WH (S) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
SATURATION |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 9 - Структурная схема модели системы заполнения бака водой с ограничением угла поворота задвижки
8. При задании ограничений в блоке SATURATION значения ϕ рmax
вводятся в радианах.
9. Время моделирования предварительно принять равным:
tм = a × b × hз . Qmax
10. Выполнить моделирование системы заполнения бака (рис. 10.16), подав на вход системы сигнал, соответствующий необходимому уровню воды в
баке hз .
11.Построить графики переходного процесса hз , H, ϕ р .
12.Определить показатели качества переходного процесса заполнения бака водой.
13.По полученным результатам сделать выводы.
14.Результаты работы оформить в виде отчета.
Содержание отчета:
1.Наименование и цель работы.
2.Расчеты по пункту 1.
3.Структурная схема модели контура регулирования положения задвижки (рис. 8) с числовыми значениями коэффициентов.
4.Графики переходного процесса открытия задвижки ϕ рз , ϕ р .
5.Показатели качества переходного процесса открытия задвижки.
6.Структурная схема модели системы заполнения бака водой с ограничением угла поворота задвижки (рис. 9) с числовыми значениями коэффициентов.
15
7.Графики переходного процесса заполнения бака водой hз , H, ϕ р .
8.Показатели качества переходного процесса заполнения бака водой.
9.Выводы.
Таблица 5
Варианты заданий
|
|
|
hз , м |
ωд |
, |
ϕ р |
, |
QMAX , |
TO , с |
||
№ |
A , м |
B , м |
max |
|
max |
|
м |
3 |
/с |
||
|
|
|
|
1/с |
|
град |
|
|
|
||
1. |
1.1 |
1.2 |
1.1 |
72 |
|
30 |
|
0.0060 |
20 |
||
2. |
1.2 |
1.3 |
1.0 |
60 |
|
25 |
|
0.0050 |
30 |
||
3. |
1.4 |
1.2 |
1.6 |
66 |
|
35 |
|
0.0040 |
60 |
||
4. |
2.0 |
1.0 |
1.5 |
90 |
|
25 |
|
0.0050 |
60 |
||
5. |
2.1 |
1.1 |
1.3 |
66 |
|
30 |
|
0.0060 |
50 |
||
6. |
1.4 |
1.3 |
1.2 |
72 |
|
25 |
|
0.0050 |
40 |
||
7. |
1.8 |
1.2 |
1.1 |
84 |
|
30 |
|
0.0040 |
55 |
||
8. |
1.4 |
1.4 |
1.4 |
66 |
|
25 |
|
0.0060 |
45 |
||
9. |
1.5 |
1.2 |
1.0 |
60 |
|
40 |
|
0.0050 |
35 |
||
10. |
1.3 |
1.5 |
1.1 |
72 |
|
35 |
|
0.0045 |
45 |
||
11. |
1.2 |
1.6 |
1.2 |
90 |
|
25 |
|
0.0055 |
40 |
||
12. |
1.5 |
1.2 |
1.4 |
96 |
|
20 |
|
0.0040 |
60 |
||
13. |
1.3 |
1.5 |
1.3 |
66 |
|
25 |
|
0.0030 |
80 |
||
14. |
1.7 |
1.7 |
1.5 |
60 |
|
30 |
|
0.0050 |
80 |
||
15. |
1.3 |
1.1 |
1.2 |
120 |
|
35 |
|
0.0050 |
30 |
||
16. |
1.4 |
1.2 |
1.1 |
108 |
|
40 |
|
0.0060 |
30 |
||
17. |
1.2 |
1.6 |
1.4 |
90 |
|
25 |
|
0.0045 |
55 |
||
18. |
1.5 |
1.3 |
1.5 |
84 |
|
30 |
|
0.0060 |
45 |
||
19. |
1.3 |
1.6 |
1.6 |
96 |
|
35 |
|
0.0065 |
50 |
||
20. |
1.2 |
1.2 |
1.0 |
108 |
|
40 |
|
0.0050 |
25 |
||
21. |
1.1 |
1.1 |
1.0 |
132 |
|
30 |
|
0.0060 |
20 |
||
22. |
1.0 |
1.2 |
1.2 |
150 |
|
30 |
|
0.0050 |
25 |
||
23. |
1.4 |
1.1 |
1.0 |
150 |
|
35 |
|
0.0040 |
35 |
||
24. |
1.0 |
1.2 |
1.2 |
120 |
|
30 |
|
0.0050 |
25 |
||
16
Лабораторная работа №6 Расчет параметров и моделирование системы с запаздыванием
Цель работы:
•рассчитать параметры системы с запаздыванием,
•оптимизировать регуляторы в соответствии с требуемыми показателями качества,
•исследовать переходные процессы в системе с запаздыванием. Порядок выполнения работы:
1. В соответствии с вариантом задания (табл. 6) рассчитать передаточные
функции модели системы и параметры регуляторов положения заслонки и заполнения смесителя. При выполнении расчетов углы поворота заслонки задаются в радианах. Перемещение заслонки из нулевого положения к полному открытию должно осуществляться за время TO .
2. Собрать структурную схему модели контура регулирования положения заслонки (рис. 10).
ϕ рз ( s) |
|
|
|
|
|
|
|
ϕ р ( s) |
||
|
|
|
|
|
|
K P |
|
WEM ( S) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Угол открытия |
|
|
|
|
|
Регулятор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Исполнительный |
|
||||
заслонки |
|
|
|
|
|
|
механизм |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 10 - Структурная схема оптимизированного контура управления положением заслонки
3.Время моделирования предварительно принять равным tм = 2to .
4.Выполнить моделирование системы, подав на вход значение угла
ϕрз = ϕ рmax в радианах.
5.Построить графики переходного процесса ϕ рз , ϕ р .
6.Определить показатели качества переходного процесса открытия заслонки.
7.Собрать структурную схему модели системы заполнения смесителя сыпучим материалом с ограничением угла поворота заслонки (рис. 11).
17
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕ р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
mcз ( s) |
|
ϕ рmin = 0 |
|
ϕ P (S) |
Wm(s) |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕ pз (s) |
|
|
|
|
mc (s) |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Wрm (s) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KM |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К рb |
WEM ( S) |
|
|
|
|
E−τS |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SATURATION |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 11 - Структурная схема системы заполнения смесителя сыпучим материалом с ограничением угла поворота заслонки
8. При задании |
ограничений в блоке SATURATION значения ϕ р |
||
|
|
max |
|
вводятся в радианах. |
|
||
9. Время моделирования предварительно принять равным: |
|||
tм =τ + |
mcз |
. |
|
mб |
|||
|
|
||
|
max |
|
|
10. Выполнить моделирование системы заполнения смесителя (рис. 11.17), подав на вход системы сигнал, соответствующий количеству сыпучего материала mcз , подаваемому в смеситель.
11.Построить графики переходного процесса mcз , MC , ϕ р .
12.Определить показатели качества переходного процесса заполнения смесителя сыпучим материалом.
13.По полученным результатам сделать выводы.
14.Результаты работы оформить в виде отчета.
Содержание отчета:
1.Наименование и цель работы.
2.Расчеты по пункту 1.
3.Структурная схема модели контура регулирования положения заслонки (рис. 10) с числовыми значениями коэффициентов.
4.Графики переходного процесса открытия заслонки ϕ рз , ϕ р .
5.Показатели качества переходного процесса открытия заслонки.
18
6.Структурная схема модели системы заполнения смесителя сыпучим материалом с ограничением угла поворота заслонки (рис. 11) с числовыми значениями коэффициентов.
7.Графики переходного процесса заполнения смесителя сыпучим
материалом mcз , MC , ϕ р .
8.Показатели качества переходного процесса заполнения смесителя сыпучим материалом.
9.Выводы.
Таблица 6
Варианты заданий
№ |
mcз , |
ωд |
, |
ϕ р |
, |
mб |
, |
τ , |
TO , |
кг |
max |
|
max |
|
max |
|
с |
с |
|
|
1/с |
|
град |
|
кг/с |
|
|||
1. |
20 |
72 |
|
30 |
|
0.10 |
|
30 |
8 |
2. |
25 |
60 |
|
25 |
|
0.15 |
|
40 |
11 |
3. |
40 |
66 |
|
35 |
|
0.20 |
|
50 |
16 |
4. |
60 |
90 |
|
25 |
|
0.25 |
|
60 |
15 |
5. |
50 |
66 |
|
30 |
|
0.25 |
|
30 |
6 |
6. |
35 |
72 |
|
25 |
|
0.20 |
|
40 |
10 |
7. |
30 |
84 |
|
30 |
|
0.15 |
|
50 |
12 |
8. |
22 |
66 |
|
25 |
|
0.10 |
|
60 |
14 |
9. |
18 |
60 |
|
40 |
|
0.10 |
|
30 |
6 |
10. |
50 |
72 |
|
35 |
|
0.15 |
|
40 |
10 |
11. |
45 |
90 |
|
25 |
|
0.20 |
|
50 |
10 |
12. |
60 |
96 |
|
20 |
|
0.25 |
|
60 |
14 |
13. |
28 |
66 |
|
25 |
|
0.25 |
|
30 |
9 |
14. |
27 |
60 |
|
30 |
|
0.20 |
|
40 |
11 |
15. |
22 |
120 |
|
35 |
|
0.15 |
|
50 |
13 |
16. |
18 |
108 |
|
40 |
|
0.10 |
|
60 |
15 |
17. |
30 |
90 |
|
25 |
|
0.10 |
|
30 |
8 |
18. |
24 |
84 |
|
30 |
|
0.15 |
|
40 |
12 |
19. |
70 |
96 |
|
35 |
|
0.20 |
|
50 |
10 |
20. |
60 |
108 |
|
40 |
|
0.25 |
|
60 |
12 |
21. |
45 |
132 |
|
30 |
|
0.25 |
|
30 |
6 |
22. |
36 |
150 |
|
30 |
|
0.20 |
|
40 |
8 |
23. |
40 |
150 |
|
35 |
|
0.15 |
|
50 |
10 |
24. |
25 |
120 |
|
30 |
|
0.10 |
|
60 |
12 |
19
Литература
1.Попов Э.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. - М.: Наука, 1989.-304 с.
2.Учебное пособие. "Теория автоматичекого управления. Линейные системы". По дисциплине: «Теория автоматического управления» для студентов направления 0925 - автоматизация и компьютерные технологии. / Сост.: А.П. Егоров, В.Б. Зворыкин, Г.С. Щербина - Днепропетровск: НМетАУ, 2010, 143 с.
3.Медведев В.С., Потемкин В.Г. Control System Toolbox. Mathlab 5 для студентов.- М.: Диалог-МИФИ, 1999.-287 с.
4.Mathcad: математический практикум для экономистов и инженеров: Учеб. пособие. - М.: Финансы и статистика, 1999.-656 с.
5.Зворыкин В.Б. Системы подчиненного управления электроприводами постоянного тока (часть I). Учеб. пособие. - Днепропетровск: НМетАУ, 2003.- 96 с.
6.Зворыкин В.Б. Системы подчиненного управления электроприводами постоянного тока (часть II). Учеб. пособие. - Днепропетровск: НМетАУ, 2003.- 91 с.
7.Кухтенко А.И. Проблема инвариантности в автоматике.- К.: ДТВЦ, 1963. 376 с.
|
|
Содержание |
|
|
Стр. |
|
Введение |
3 |
1. |
Лабораторная работа №1 |
4 |
2. |
Лабораторная работа №2 |
6 |
3. |
Лабораторная работа №3 |
8 |
4. |
Лабораторная работа №4 |
11 |
5. |
Лабораторная работа №5 |
14 |
6. |
Лабораторная работа №6 |
17 |
|
Литература |
20 |
20