
- •Кафедра теоретической механики и мехатроники курсовая работа
- •Содержание
- •Введение
- •Кафедра теоретической механики и мехатроники задание на курсовую работу
- •Анализ существующих конструкций
- •2. Описание объекта управления
- •Функциональная схема устройства
- •4. Структурная схема устройства
- •4.1. Выбор электродвигателя.
- •4.2. Определение передаточных функций.
- •5. Моделирование системы автоматического управления средствами matlab
- •5.1. Исследование непрерывной системы.
- •5.2. Настройка пид - регулятора.
- •5.3. Определение передаточных функций разомкнутой и замкнутой системы.
- •5.4. Моделирование цифровой системы.
- •5.5. Исследование цифровой системы на устойчивость.
- •6. Выбор электронных компонентов
- •6.1. Плата.
- •6.2. Силовой модуль .
- •6.3. Датчик наклона
- •6.4. Датчик тока.
- •6.5. Энкодер.
- •6.6. Жидкокристаллический индикатор.
- •8. Программное обеспечение управление системой.
- •8.1 Алгоритмы управления.
- •8.2 Пример управления двигателями постоянного тока.
- •Заключение
- •Библиографический список
5. Моделирование системы автоматического управления средствами matlab
5.1. Исследование непрерывной системы.
Проведём моделирование системы автоматического управления средствами программного пакета MATLAB (рис.12). Воспользуемся расширением данного программного продукта – средой моделирования Simulink [1].
Рис. 12. Модель системы автоматического управления в среде Simulink
Используя встроенные средства среды Simulink, получим график переходного процесса системы, при воздействии на неё единичного ступенчатого сигнала (рис. 13).
Из графика можем определить следующие параметры система автоматического управления:
величина статической ошибки – 0%;
время переходного процесса –30 с;
колебательность присутствует;
коэффициент перерегулирования – 55.5%.
Исходя из этих данных, можно сделать вывод о том, что система автоматического управления не соответствует техническому заданию (по пунктам коэффициент перерегулирования, время переходного процесса и колебательность системы) и нуждается в корректировке. В качестве корректирующего звена выберем ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциальный) регулятор.
Рис. 13. График переходного процесса системы при воздействии на неё единичного ступенчатого сигнала
5.2. Настройка пид - регулятора.
Для настройки ПИД регулятора – определения значений пропорционального, дифференциального и интегрального коэффициентов – воспользуемся встроенными средствами среды Simulink.
Подбор коэффициентов будем осуществлять с помощью блока NCD OutPort. Включим его в схему, как показано на рисунке 27.
Рис. 14. Схема, собранная для настройки ПИД регулятора
Зададим настройки блока NCD OutPort (рис. 15 16) и ПИД регулятора PID Controller (рис. 17).
Рис. 15. Настройки блока NCD OutPort
Рис. 16. Настройки блока NCD OutPort
Рис. 17. Параметры ПИД регулятора PID Controller
В блоке NCD OutPort зададим ограничения для графика переходного процесса (рис. 18).
Блок NCD OutPort производит автоматическую коррекцию параметров Kp, Ki и Kd.
Рис. 18. Настройка границ в блоке NCD OutPort
Значения коэффициентов, полученных оптимизацией в блоке NCD OutPort:
Kp =64.48
Ki = 0, 025
Kd = 1, 12
После корректировки переходная функция удовлетворяет техническому заданию (рис. 19).
Получены следующие характеристики:
Время переходного процесса – 0.207 с.
Количество колебаний – 0.
Коэффициент перерегулирования – 0.
Статическая ошибка – 0.004.
Рис. 19. Реакция системы на единичное ступенчатое воздействие
5.3. Определение передаточных функций разомкнутой и замкнутой системы.
Определим передаточную функцию разомкнутой системы:
Wраз = Wус (p) ∙ Wдвигателя (p) ∙ Wредуктора (p) ∙ WПИД-регулятора (p) (12)
(13)
Определим передаточную функцию замкнутой системы:
(
14)
(15)
(16)
Характеристическое уравнение замкнутой системы имеет вид:
(
17)
5.4. Моделирование цифровой системы.
Для исследования ЦСАУ необходимо провести z-преобразование передаточной функции непрерывной системы. Для этого воспользуемся средствами математического пакета VisSim (рис. 20).
Рис. 20. Переход в Z-пространство средствами VisSim
Итогом этого преобразования станет дискретная передаточная функция (рис. 21).
Рис. 21. Дискретная передаточная функция, полученная средствами VisSim
Смоделируем схему цифровой и замкнутую системы автоматического управления в Simulink (рис. 22).
Рис. 22. Структурная схема цифровой и замкнутой системы.