Міністерство освіти і науки, молоді
та спорту України
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ
Напрям підготовки: 6.050202
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до лабораторної роботи М-9
«Дослідження перехідних характеристик типових динамічних ланок САУ в програмному комплексі «МВТУ» при ідентифікації об'єктів автоматизації»
з курсу «Ідентифікація і моделювання об'єктів автоматизації»
Харків 2013
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Харківський НАЦІОНАЛЬНИЙ університет
будівництва та архітектури
Напрям підготовки: 6.050202
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до лабораторної роботи М-9
«Дослідження перехідних характеристик типових динамічних
ланок САУ в програмному комплексі «МВТУ» при ідентифікації об'єктів автоматизації»
Затверджено на засіданні кафедри автоматизації виробничих процесів. Протокол № 6 від 21 лютого 2013 р.
Харків 2013
Методичні вказівки до лабораторної роботи М-9 «Дослідження перехідних характеристик типових динамічних ланок САУ в програмному комплексі «МВТУ» при ідентифікації об'єктів автоматизації» з курсу «Ідентифікація і моделювання об'єктів автоматизації» для студентів спеціальності 7.05020201 – «Автоматизоване управління технологічними процесами» / Укладачі:
Гуд М.Б., Голосной В.І., Вержибок О.Ю. – Харків: ХНУБА, 2013. – 24с.
Рецензент: В.Є. Корсун
Кафедра автоматизації виробничих процесів
ВСТУП
Дані методичні вказівки відносяться до циклу лабораторних робіт, що забезпечують отримання студентами навичок і умінь при практичному математичному моделюванні механічного обладнання як об’єкта управління, в межах теоретичного курсу "Математичне моделювання на ЕОМ і САПР механічного обладнання" для студентів напряму підготовки 6.050202 «Автоматизоване управління технологічними процесами».
Лабораторна робота м-9 Дослідження перехідних характеристик типових динамічних ланок сау в програмному комплексі «мвту» при ідентифікації об'єктів автоматизації
Мета ─ в результаті виконання лабораторної роботи надати студентам:
знання щодо основ властивості перехідних характеристик типових динамічних ланок і методику застосування їх при структурній ідентифікації об'єктів управління;
вміння проводити дослідження перехідних характеристик за допомогою програмного комплексу «Моделювання в технологічних приладах» (МВТУ) на персональному комп'ютері, як для окремих динамічних ланок, так і для їхнього сполучення у вигляді послідовного, паралельного і зустрічно-паралельного з'єднань.
Завдання ─ у процесі виконання лабораторної роботи необхідно освоїти програмний комплекс «МВТУ», у якому треба приділити особливу увагу режимові моделювання, зокрема процедурі введення моделі і режимові моделювання.
У режимі введення моделі необхідно навчитися «збирати» математичні моделі, вибираючи з типових блоків і з'єднуючи ці блоки між собою. У цьому ж режимі треба навчитися редагувати параметри цих блоків.
У режимі моделювання необхідно навчитися одержувати перехідні характеристики ланок, вибираючи метод чисельного інтегрування і його параметри та одержуючи кінцевий результат у вигляді графіків.
1 Загальні положення
Ідентифікація технологічних об'єктів - це процедура побудови математичної моделі динамічного об'єкта за результатами експерименту (активного або пасив-
3
ного) на діючому устаткуванні. Найчастіше ця модель має вигляд передаточної функції W(s), яку можна визначити як відношення зображень за Лапласом вихідного параметра Y(s) до зображення вхідного X(s) з нульовими початковими умовами, тобто
.
Іншими словами можна вважати, що ідентифікація – це процедура одержання передаточної функції технологічного об'єкта за допомогою кібернетичного принципу «чорної скриньки», що, як відомо, дозволяє встановити математичний зв'язок між вхідними і вихідними параметрами за результатами спостережень за ними в процесі функціонування об'єкта.
У процедурі ідентифікації розрізняють два етапи:
структурну ідентифікацію;
параметричну ідентифікацію.
Під структурною ідентифікацією розуміють визначення виду математичної моделі, у даному випадку виду передаточної функції або їхніх сукупностей, тобто цей етап дозволяє розкрити лише математичну структуру моделі.
Під параметричною ідентифікацією розуміють визначення чисельних значень параметрів, що входять до визначеної вище математичної структури. Іншими словами, визначаються чисельні значення параметрів, що входять до знайденої передаточної функції ланок моделі.
У лабораторній роботі будемо розглядати лише ідентифікацію при активному експерименті, який здійснюється шляхом нанесення на вхід об'єкта одного з типових впливів. У даному випадку будемо використовувати тільки стрибкоподібний (ступінчастий) вплив. Відомо, що реакцією об'єкта на такий вплив є крива відгуку, що являється основним джерелом для проведення ідентифікації.
Найчастіше структурну ідентифікацію здійснюють шляхом порівняння кривої відгуку з графіками перехідних характеристик типових динамічних ланок, що має назву типової ідентифікації.
Доречно нагадати, що перехідною характеристикою динамічної ланки є розв’язання диференціального рівняння, в якому права частина має вигляд ступінчастого одиничного впливу (тобто реакція динамічної ланки на ступінчастий одиничний вплив). Іншими словами можна сказати, що крива відгуку є експериментальною реакцією об'єкта на ступінчастий вплив, а перехідна характеристика – теоретичною реакцією на той самий вплив. Природно, що завданням дослідника і є пошук такої теоретичної залежності, яка була б найбільш близькою (ідентичною) до кривої відгуку об'єкта.
4
Отже, для того, щоб добре володіти прийомами проведення типової ідентифі-
кації, необхідно знати перехідні характеристики типових динамічних ланок і вміти
знаходити їхні можливі поєднання при структурній ідентифікації технологічних
об'єктів. У таблиці 1 наведені перехідні характеристики основних динамічних ланок.
Таблиця 1- Перехідні характеристики основних типових динамічних ланок
Типова ланка |
Передаточна функція |
Перехідна характеристика |
1 |
2 |
3 |
Підсилювальна |
|
k = 1.5
|
Інтегруюча |
|
k = 1
|
Запізнювальна |
|
τ = 0.5
|
5
Продовження таблиці 1
1 |
2 |
3 |
Диференціююча |
|
k = 1. Y(t) – δ-функція. |
Реальна диференціююча |
|
k = 2; T = 0.4 |
Аперіодична |
|
k = 1; T = 2 |
Коливальна |
|
k = 1; T = 2; b = 0.25 |
Аперіодична 2-го порядку |
|
k=1; T1 = 10; T2 = 8 |
Примітка. У таблиці 1 перехідні характеристики динамічних ланок отримані
при ступінчастому одиничному впливі.