4.2 Анализ модели

Введенную модель можно проанализировать, нажав на клавишу [F9]. Результаты анализа отображаются в четырех окнах.

В левом верхнем окне изображена корневая плоскость, с расположенными на ней нулями и полюсами передаточной функции.

В правом верхнем окне изображен переходный процесс.

В левом нижнем окне изображены частотные характеристики.

В правом нижнем окне изображена передаточная функция системы.

Чтобы подробно изучить характеристики в полноэкранном режиме нужно нажать на одну из четырех кнопок [Home], [End], [PageUp] и [PageDown]. Для получения подробной информации по любому из трёх графиков, необходимо щёлкнуть правой кнопкой мыши в поле одного из них и в появившемся меню воспользоваться пунктом показатели качества (сводка) [Ctrl+I]. На экране появится окно, с информацией, соответствующей графику.

Для настройки регулятора используем логарифмические характеристики разомкнутой системы регулирования. Для этого разомкнем цепь обратной связи, удалив связь клавишей [Delete] и проведем анализ. По виду логарифмических характеристик рис.7 видно, что логарифмическая частотная характеристика (ЛАХ) пересекает ось абсцисс с наклоном в -40 дБ/дек, что свидетельствует о колебательном процессе в системе.

Запас устойчивости по амплитуде = –19,48 дБ. Запас устойчивости по фазе:, где- частота среза (см. рис. 6). Таким образом, мы получили систему с расходящимся колебательным процессом.

Рисунок 6. Показатели качества частотных характеристик ненастроенной системы.

Для обеспечения сходящегося процесса в системе необходимо, чтобы запас устойчивости по фазе составлял не менее 20÷50⁰. Колебательный процесс в данном случае не желателен из-за возникновения перерегулирования в системе, повышения динамических нагрузок на элементы системы. Во избежание колебательного процесса необходимо, чтобы ЛАХ в окрестности точки частоты среза имела наклон -20 дБ/дек, а запас устойчивости по амплитуде был не менее 20 дБ. Окрестность должна составлять 0,6÷0,9 декады в разных направлениях от частоты среза.

Рисунок 7. Частотные характеристики ненастроенной системы.

4.3 Результат настройки регулятора

Для настройки системы наилучшим образом, необходимо скомпенсировать постоянной времени регулятора самый инерционный элемент в системе – измерительный преобразователь, и уменьшить общий коэффициент усиления системы за счет уменьшения коэффициента усиления дифференциального канала ПД-регулятора.

Для выполнения всех вышеперечисленных условий уменьшим коэффициент дифференциального канала взяв k_д=0,001274. При пересчете процессов, получаем новые графики ЛАХ и ЛФХ разомкнутой системы (рис. 10). Её характеристики: =0,1023 рад/с,=180⁰ - 90⁰=90⁰, L₃ = 43,6143 дБ (см. рис. 8). Они примерно удовлетворяют условиям.

Рисунок 8. Показатели качества частотных характеристик настроенной системы.

Затем замыкаем систему регулирования уровня и смотрим график переходного процесса (рис.11): график апериодический, статическая ошибка равна нулю, время переходного процесса t_пп=295,1535 с (см. рис. 9).

Рисунок 9. Показатели качества переходного процесса настроенной системы.

Исследовав систему регулирования с близлежащими значениями коэффициента усиления дифференциального канала ПД-регулятора, убеждаемся, что в другом случае переходная характеристика или имеет большую длительность переходного процесса, или колебательный процесс с перерегулированием.

Поэтому принимаем найденные настройки ПД-регулятора k_п = 0,00007

И k_д = 0,001274, как необходимые.

Рисунок 10. Частотные характеристики настроенной системы.

Рисунок 11. Переходный процесс в настроенной системе.