Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
MU-TAU_KP_2012.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
915.97 Кб
Скачать

5 Оцінка сталості системи з оптимальними настройками

Оцінка сталості замкнутої системи виконується за допомогою критерію Найквіста-Михайлова. Для цього на комплексній площині необхідно побудувати АФХ розімкнутої системи (годограф Найквіста), яка містить в собі об’єкт та регулятор із знайденими оптимальними настройками.

Враховуючи послідовну схему з’єднання регулятора та об’єкта, частотна передаточна функція розімкнутої системи регулювання представляє добуток передаточної функції регулятора та об’єкта:

(5.1)

Модуль вектора АФХ розімкнутої системи визначається як добуток і , а аргумент – як сума і :

(5.2)

(5.3)

Для кожного заданого значення частоти визначають модуль і аргумент об’єкта і регулятора, після чого розраховують модуль і аргумент АФХ розімкнутої системи. З’єднавши кінці отриманих таким чином векторів плавною кривою, отримують АФХ розімкнутої системи (рис. 5.1).

Рис. 5.1 Годограф Найквіста з зазначенням розрахунку запасу стійкості

Якщо АФХ не охоплює точку з координатами (–1, j0), згідно з критерієм Найквіста-Михайлова, система стала.

Запас сталості за модулем визначається як відстань від точки тину АФХ з від’ємною піввіссю до початку координат. Запас сталості за фазою визначається як кут між від’ємною піввіссю, та променем, проведеним з початку координат через точку пересічення АФХ і кола радіусом 1 з центром в початку координат.

Вважають, що система стала, якщо виконуються наступні умови:

, (5.4)

(5.5)

Якщо система за будь-яким показником не входить у зазначений діапазон, рекомендується удосконалити її. Для цього необхідно ввести корегуючу ланку у головний контур, що дозволить збільшити сталість системи.

6 Оцінка якості замкнутої системи

Для оцінки якості замкнутої системи регулювання за допомогою прямих критеріїв необхідно побудувати процес в замкнутій системі регулювання. В разі відомих передаточних функцій об’єкта і регулятора і місця прикладання зовнішньої дії можливо виконати розрахунок перехідної характеристики в замкнутій системи регулювання різними методами:

  • пряме вирішення диференційного рівняння;

  • застосування методу зворотного перетворення Лапласа;

  • за дійсною частотною характеристикою (ДЧХ).

При вирішенні диференційного рівняння необхідно задати весь набір початкових умов та визначити усі корені характеристичного рівняння замкнутої системи регулювання. Додатково, необхідно вказати знаки змінних та їх похідних при нульових початкових умовах. На базі встановлених початкових умов визначаються всі постійні інтегрування. Корені характеристичного рівняння використовуються у розрахунку в експоненційних та всіх періодичних складових рішення диференційного рівняння.

Метод зворотного перетворення Лапласа потребує визначення всіх початкових умов. Крім того, передаточну функцію АСР необхідно розкласти на добуток елементарних функцій, що відповідають типовим ланкам. За таблицею зворотних перетворень Лапласа знайти рішення для цих складових та побудувати результуючий перехідний процес для АСР у цілому.

У курсової роботі розрахунок перехідної характеристики виконується по дійсній частотній характеристиці замкнутої системи Р( ).Взаємний зв’язок перехідної характеристики і дійсної частотної характеристики:

(6.1)

Інтегрувати рівняння (6.1) досить важко, тому використовується приблизне рішення задачі за методом трапецій та трикутників [4]. Вихідною інформацією в такому разі є дійсна частотна характеристика замкнутої системи.

Дійсна частотна характеристика замкнутої системи може бути побудована на основі АФХ розімкнутої системи. Частотна передаточна функція замкнутої системи має вигляд:

(6.2)

Згідно з (6.2) знаменник частотної передаточної функції замкнутої системи є збільшена на одиницю частотна передаточна функція розімкнутої системи. Таким чином, якщо піввісь ординат перенести ліворуч на одиницю, АФХ розімкнутої системи перетворюється на АФХ знаменника частотної передаточної функції замкнутої системи. Після цього з нового початку координат в точки АФХ з відомими значеннями ( ) будують вектори и вимірюють їх модулі і аргументи (рис. 6.1).

Рис. 6.1 Визначення модуля та аргументу вектору знаменника передаточної функції замкнутої системи (зс)

Модуль вектора АФХ замкнутої системи визначають як частку від ділення модуля вектора АФХ розімкнутої системи на модуль АФХ знаменника частотної передаточної функції замкнутої системи при тій самій частоті:

(6.3)

Аргумент вектора АФХ замкнутої системи визначається як різниця між аргументами АФХ розімкнутої системи( ) і АФХ знаменника частотної передаточної функції замкнутої системи ( ) при однакових частотах:

(6.4)

Ордината дійсної частотної характеристики при відповідних частотах визначається як добуток модуля АФХ замкнутої системи на косинус її аргументу:

(6.5)

Отримані, таким чином, координати точок ДЧХ замкнутої системи, наносять у координатах: частота ( ) – дійсне значення АФХ замкнутої системи (Р( )). З’єднавши отримані точки плавною кривою, отримують графік дійсної частотної характеристики замкнутої системи (рис.6.2).

Рис. 6.2 Дійсна частотна характеристика замкнутої системи

Крива ДЧХ замінюється послідовністю горизонтальних і похилих відрізків [6]. Площину обмежену кривою ДЧХ і осями координат замінюють сукупністю трапецій і трикутників, дві з сторін яких лежать на півосях координат. Для кожної трапеції або трикутника за допомогою таблиці h-функції (див. додатки) будують сепаратний перехідний процес. В h-функції відображена реакція системи на одиничну стрибкоподібну вхідну дію, якщо її ДЧХ відповідає одиничній трапеції (рис. 6.3).

Рис. 6.3 Одинична трапеція ті її характеристики

Одинична трапеція - це трапеція, основа та висота дорівнює дорівнюють одиниці. Частоту у точці ізлому позначимо через а ; частоту у точці, що відповідає кінцевій точці більшої основи трапеції позначимо через к (частота зрізу). Показник нахилу  відображає відношення частот:

(6.6)

Показник нахилу знаходиться у межах .При отримуємо трикутник, – отримуємо квадрат. Для кожної з виділених трапецій (трикутників) необхідно визначити показник нахилу. За цим показником визначається перехідний процес за таблицею h-функцій.

Усі знайдені трапеції переміщують за вертикаллю вгору або вниз до тих пір, поки більша основа трапеції не ляже на ось абсцис. Знак відхилення кожного з сепаратних процесів визначається в залежності від розташування відповідної трапеції відносно півосі абсцис. Трапеції, які розташовані понад піввіссю абсцис – позитивні, а ті що під нею – негативні.

З метою приведення табличних перехідних функцій в разі коли ДЧХ відповідає неодиничній трапеції використовують відповідне масштабування. При цьому ординати кожної h-функції ( ) множаться на висоту ( ) відповідної трапеції з урахуванням її знаку:

(6.7)

Абсциса трапеції розраховується як відношення табличного значення часу ( ) до її частоти зрізу ( ):

(6.8)

По завершенню масштабування отримані таким чином сепаратні перехідні процеси підсумовуються графічним методом (рис. 6.4). В результаті отримують перехідну функцію в синтезованій системі регулювання. З метою отримання перехідної характеристики синтезованої системи регулювання в разі нанесення на її вхід завданої дії, кожна ордината перехідної функції помножується на величину вхідної дії.

Рис. 6.4 Визначення перехідного процесу за методом трапецій

За допомогою отриманого перехідного процесу у замкнутій системі визначають прямі показники якості (час регулювання – tp, максимальне динамічне відхилення – удин) і зрівнюють їх із завданими (рис. 6.5) та роблять висновок про працездатність системи та можливість її застосування.

Рис. 2.24 – Оцінка якості по кривій перехідного процесу

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1. Глинков Г.М., Маковский В.А., Лотман С.Л. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металургических процессов.-М.: Металургия, 1970.

  2. КопеловичА.П. Инженерные методы расчета при выборе автоматических регуляторов.- М.: Металургиздат, 1960.

  3. Климовицкий М.Д., КопеловичА.П. Автоматический контроль и регулирование в черной металургии. Справочник.-М: Металургия, 1967.

  4. Прусенко В.С. Одноконтурные пневматические системы автоматического регулирования тепловых процессов.-М.: Госэнергоиздат, 1963.

  5. Широкий Д.К., Куреленко О.Д. Оптимальні настройки промислових систем регулювання. – Київ: Вища школа, 1975. – 264 с.

  6. Теория автоматического регулирования. Книга 1. Математическое описание, анализ устойчивости и качества систем автоматического регулирования. Под редакцией Солодовникова В.В. – М.: Машиностроение, 1967. – 768 с.

  7. Теория автоматического регулирования. Книга 2. Анализ и синтез линейных непрерывных и дискретных систем автоматического регулирования. Под редакцией Солодовникова В.В. – М.: Машиностроение, 1967. – 680 с.

  8. Джон М. Смит. Математическое и цифровое моделирование для инженеров и исследователей. – М.: Машиностроение, 1980. – 272 с.

ДОДАТКИ

Таблиця h-функцій для нормованої трапецеїдальної дійсної частотної функції

х 

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0

0

0

0

0

0

0

0

0,5

0,138

0,165

0,176

0,184

0,192

0,199

0,207

1

0,31

0,326

0,34

0,356

0,371

0,386

0,401

1,5

0,449

0,469

0,494

0,516

0,538

0,56

0,594

2

0,572

0,597

0,628

0,665

0,683

0,709

0,681

2,5

0,674

0,707

0,739

0,771

0,802

0,833

0,862

3

0,755

0,79

0,828

0,863

0,896

0,928

0,958

3,5

0,783

0,853

0,892

0,928

0,963

0,994

1,024

4

0,857

0,896

0,938

0,974

1,008

1,039

1,06

4,5

0,883

0,923

0,96

0,997

1,029

1,057

1,08

5

0,896

0,936

0,978

1,012

1,042

1,067

1,087

5,5

0,9

0,94

0,986

1,019

1,046

1,067

1,083

6

0,904

0,942

0,982

1,013

1,037

1,054

1,065

6,5

0,904

0,943

0,98

1,009

1,03

1,043

1,05

7

0,904

0,944

0,979

1,006

1,024

1,035

1,037

7,5

0,907

0,945

0,98

1,006

1,019

1,025

1,025

8

0,91

0,951

0,985

1,008

1,02

1,024

1,021

8,5

0,918

0,956

0,989

1,01

1,021

1,022

1,018

9

0,924

0,965

0,997

1,016

1,025

1,025

1,018

9,5

0,932

0,972

1,004

1,022

1,029

1,027

1,019

10

0,939

0,978

1,009

1,025

1,031

1,027

1,019

10,5

0,946

0,985

1,013

1,028

1,033

1,028

1,017

11

0,947

0,988

1,015

1,029

1,031

1,025

1,014

11,5

0,949

0,988

1,016

1,027

1,028

1,021

1,01

12

0,95

0,988

1,015

1,025

1,024

1,015

1,004

12,5

0,95

0,989

1,013

1,022

1,019

1,01

0,999

13

0,95

0,989

1,012

1,019

1,015

1,005

0,994

13,5

0,95

0,99

1,011

1,017

1,011

1

0,99

14

0,952

0,989

1,011

1,016

1,009

0,997

0,988

14,5

0,954

0,99

1,012

1,015

1,008

0,996

0,987

15

0,956

0,993

1,012

1,014

1,007

0,995

0,988

15,5

0,959

0,995

1,014

1,014

1,006

0,995

0,989

16

0,961

0,997

1,015

1,014

1,006

0,995

0,991

16,5

0,964

0,999

1,016

1,014

1,005

0,995

0,993

17

0,965

1,001

1,016

1,013

1,005

0,995

0,994

17,5

0,966

1,002

1,015

1,012

1,003

0,995

0,994

18

0,966

1,002

1,015

1,011

1,002

0,995

0,995

18,5

0,966

1,001

1,015

1,009

1,001

0,994

0,995

19

0,967

1

1,015

1,008

0,998

0,992

0,995

19,5

0,967

1

1,014

1,006

0,996

0,991

0,995

20

0,967

1

1,013

1,005

0,995

0,991

0,995

20,5

0,968

1,002

1,012

1,004

0,994

0,991

0,996

21

0,968

1,002

1,011

1,003

0,994

0,992

0,997

21,5

0,969

1,002

1,011

1,003

0,995

0,992

0,999

22

0,971

1,002

1,011

1,002

0,995

0,993

1

22,5

0,973

1,002

1,011

1,002

0,996

0,995

1,002

23

0,974

1,005

1,011

1,002

0,996

0,996

1,004

23,5

0,975

1,005

1,01

1,002

0,996

0,998

1,004

24

0,975

1,005

1,01

1,001

0,996

0,999

1,005

24,5

0,975

1,005

1,009

1

0,996

0,999

1,005

25

0,975

1,005

1,008

1

0,995

0,999

1,005

25,5

0,975

1,005

1,008

0,999

0,995

0,999

1,004

26

0,975

1,005

1,007

0,999

0,995

0,999

1,004

Продовження таблиці

х 

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0

0

0

0

0

0

0

0

0,5

0,215

0,223

0,231

0,24

0,248

0,255

0,259

1

0,417

0,432

0,447

0,461

0,476

0,49

0,505

1,5

0,603

0,616

0,646

0,665

0,685

0,706

0,722

2

0,761

0,786

0,81

0,833

0,856

0,878

0,899

2,5

0,891

0,917

0,943

0,967

0,985

1,01

1,03

3

0,987

1,013

1,038

1,061

1,082

1,1

1,117

3,5

1,05

1,095

1,115

1,115

1,132

1,145

1,158

4

1,09

1,107

1,124

1,142

1,152

1,158

1,159

4,5

1,1

1,115

1,129

1,138

1,134

1,134

1,138

5

1,103

1,112

1,117

1,118

1,115

1,107

1,098

5,5

1,093

1,095

1,097

1,092

1,083

1,07

1,05

6

1,07

1,068

1,062

1,051

1,037

1,021

1,003

6,5

1,049

1,043

1,033

1,018

1,001

0,982

0,946

7

1,033

1,023

1,009

0,993

0,975

0,957

0,941

7,5

1,017

1,005

0,989

0,974

0,958

0,944

0,926

8

1,012

0,995

0,981

0,966

0,951

0,941

0,935

8,5

1,007

0,992

0,977

0,996

0,949

0,944

0,948

9

1,006

0,992

0,978

0,97

0,96

0,961

0,966

9,5

1,006

0,993

0,982

0,975

0,972

0,98

0,987

10

1,006

0,993

0,987

0,982

0,985

0,933

1,006

10,5

1,005

0,993

0,991

0,987

0,996

1,007

1,017

11

1,002

1,993

0,991

0,993

1,002

1,014

1,027

11,5

0,999

0,991

0,989

0,997

1,006

1,017

1,029

12

0,994

0,988

0,987

0,997

1,006

1,019

1,026

12,5

0,99

0,986

0,986

0,997

1,006

1,018

1,019

13

0,986

0,985

0,987

0,997

1,006

1,014

1,012

13,5

0,983

0,984

0,988

0,988

1,006

1,01

1,005

14

0,983

0,985

0,991

1

1,006

1,008

0,999

14,5

0,985

0,988

0,996

1,002

1,006

1,005

0,994

15

0,987

0,991

1

1,005

1,007

1,002

0,993

15,5

0,988

0,996

1,004

1,008

1,007

1,001

0,993

16

0,992

0,998

1,007

1,011

1,008

1

0,994

16,5

0,995

1,002

1,009

1,011

1,008

1,001

0,996

17

0,997

1,005

1,01

1,012

1,007

0,999

0,997

17,5

0,998

1,006

1,01

1,009

1,005

0,997

0,998

18

1,001

1,008

1,01

1,008

1,002

0,997

0,998

18,5

1,001

1,007

1,009

1,006

0,999

0,995

0,998

19

1,001

1,006

1,006

1,001

0,995

0,993

0,997

19,5

1,001

1,005

1,004

0,998

0,992

0,992

0,996

20

1,001

1,005

1,002

0,996

0,991

0,992

0,995

20,5

1,002

1,004

1,001

0,995

0,991

0,994

0,996

21

1,003

1,004

1,001

0,995

0,993

0,997

0,996

21,5

1,004

1,004

1

0,996

0,995

1

0,995

22

1,005

1,004

0,999

0,996

0,996

1

0,997

22,5

1,006

1,004

0,999

0,997

1

1,004

1

23

1,007

1,003

0,998

0,998

1,001

1,006

1,001

23,5

1,008

1,003

0,998

0,999

1,002

1,007

1,002

24

1,007

1,002

0,997

1

1,002

1,008

1,003

24,5

1,006

1,001

0,997

1

1,002

1,006

1,003

25

1,004

1

0,996

1

1,002

1,004

1,003

25,5

1,003

0,998

0,996

1

1,002

1,002

1,002

26

1,002

0,997

0,996

1

1,002

1

1

Продовження таблиці

х 

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0,5

0,267

0,275

0,282

0,29

0,297

0,304

0,314

1

0,519

0,534

0,547

0,562

0,575

0,593

0,603

1,5

0,74

0,758

0,776

0,794

0,813

0,832

0,844

2

0,919

0,938

0,956

0,974

0,986

1,003

1,02

2,5

0,05

1,067

1,084

1,09

1,105

1,12

1,133

3

1,13

1,142

1,154

1,164

1,172

1,176

1,178

3,5

1,161

1,166

1,171

1,174

1,175

1,175

1,175

4

1,16

1,161

1,156

1,149

1,141

1,131

1,118

4,5

1,132

1,127

1,111

1,099

1,085

1,071

1,053

5

1,084

1,069

1,053

1,037

1,019

1,001

0,986

5,5

1,032

1,016

0,994

0,979

0,962

0,951

0,932

6

0,984

0,956

0,949

0,934

0,922

0,92

0,906

6,5

0,948

0,936

0,92

0,91

0,903

0,903

0,905

7

0,927

0,917

0,911

0,908

0,909

0,915

0,925

7,5

0,922

0,911

0,92

0,927

0,934

0,946

0,958

8

0,932

0,936

0,944

0,955

0,97

0,986

1,004

8,5

0,951

0,958

0,974

0,99

1,006

1,023

1,041

9

0,976

0,99

1,006

1,023

1,039

1,053

1,061

9,5

1

1,015

1,033

1,048

1,059

1,066

1,066

10

1,02

1,036

1,049

1,059

1,063

1,062

1,056

10,5

1,033

1,046

1,054

1,058

1,055

1,048

1,033

11

1,039

1,047

1,048

1,044

1,034

1,021

1,005

11,5

1,037

1,043

1,034

1,024

1,01

0,994

0,997

12

1,027

1,025

1,015

1

0,984

0,96

0,958

12,5

1,017

1,01

0,995

0,979

0,965

0,954

0,949

13

1,005

0,993

0,98

0,964

0,955

0,95

0,955

13,5

0,995

0,982

0,968

0,958

0,954

0,958

0,97

14

0,987

0,974

0,965

0,961

0,965

0,976

0,99

14,5

0,983

0,97

0,969

0,971

0,981

0,997

1,01

15

0,983

0,976

0,978

0,987

1,001

1,017

1,03

15,5

0,985

0,984

0,991

1,003

1,019

1,032

1,04

16

0,99

0,993

1,003

1,018

1,031

1,039

1,039

16,5

0,995

1,001

1,014

1,027

1,036

1,038

1,028

17

0,999

1,008

1,02

1,03

1,032

1,027

1,012

17,5

1,002

1,012

1,023

1,027

1,023

1,013

0,988

18

1,004

1,014

1,02

1,018

1,008

0,993

0,979

18,5

1,003

1,012

1,014

1,007

0,993

0,978

0,969

19

1,004

1,009

1,006

1,007

0,981

0,969

0,956

19,5

1,003

1,005

0,998

0,985

0,973

0,967

0,973

20

1,003

1,001

0,991

0,979

0,972

0,974

0,985

20,5

1,001

0,996

0,986

0,976

0,974

0,99

1,001

21

0,999

0,993

0,983

0,975

0,981

1,002

1,016

21,5

0,998

0,992

0,986

0,988

0,997

1,013

1,024

22

0,997

0,991

0,991

0,997

1,012

1,024

1,029

22,5

0,996

0,992

0,998

1,008

1,022

1,028

1,026

23

0,997

0,994

1,002

1,015

1,025

1,027

1,016

23,5

0,998

0,997

1,007

1,017

1,023

1,023

1,002

24

0,999

1

1,008

1,017

1,015

1,012

0,988

24,5

1

1,002

1,008

1,014

1,005

0,995

0,979

25

1,001

1,003

1,005

1,008

0,991

0,985

0,975

25,5

1,002

1,004

1,004

1,001

0,986

0,978

0,977

26

1,002

1,004

1,002

0,987

0,984

0,977

0,983

5

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]