МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра СТ

Отчет по лабораторной работе № 4 по дисциплине: «Компьютерные технологии проектирования систем автоматики»

Выполнил: Проверил:

Ст. гр. АКТСИу-17-1 доцент каф. СТ

Черкашин В.А. Ребезюк Л.Н.

Харьков 2020

4 СИНТЕЗ САР

4.1 Цель работы

Приобретение навыков использования метода логарифмически частотных характеристик и метода корневых годографов для синтеза САР.

4.2 Индивидуальный вариант

4.2.1 В соответствии с вариантом (вариант 10) (табл. 4.1) построить располагаемую ЛАЧХ объекта регулирования. Учитывая требования к точности и к устойчивости, нанести на график располагаемой ЛАЧХ объекта регулирования требуемую ЛАЧХ системы, построенную по точкам (т.е. асимптотически). Выполнить анализ взаимного расположения двух ЛАЧХ и определить низкочастотную и высокочастотную Запретные области.

Согласно варианта задания задана схема модели (файл «W2_1y.VSM»). ПФ объекта, требования к точности и запаса устойчивости Приведены в таблице 4.1.

Принцип управлении - по отклонению, ПФ обратной связи: W (p) = 1; закон управлении - отсутствует, задающий сигнал g (t) = 1 (t).

Таблица 4.1 - Варианты заданий (АКТСИу-17-1)

Параметры	Значения
Располагаемая передаточная функция объекта
Требования: к точности	Vm= 9 ед. / С; Em = 110 ед. / С2; Xm = 0,02 ед.
к запасу устойчивости	M <1,15

Xm - максимальная амплитуда ошибки;

Vm - максимальная скорость слежения;

Em - максимальное ускорение слежения

Kv - добротность по скорости;

Ke - добротность по ускорению;

wk - контрольная частота;

М - колебательности;

4.3 Попытка настроить ПИД-регулятор

Для оптимизации системы были использованы ПИД-регуляторы из файлов err ^ -1.vsm (по лабораторной работе №2), где заменили блок объект управления в то, что дан по индивидуальному варианту.

Результаты конфигураций ПИД-регуляторов изображенные на рисунках 4.1 и 4.2.

Рисунок 4.1 - Попытка настройки ПИД-регулятора в err ^ -1.vsm

Рисунок 4.2 - Попытка настройки ПИД-регулятора в podbor.vsm

Как видим, в обоих моделях настройки заканчивается ошибками, поскольку, из-за сложности системы (высокий порядок ПФ системы), почти невозможно настроить ПИД-регулятор чтобы лучшее качество управления.

4.3.2 Построение ЛАЧХ объекта регулирования и запрещенных (НЧ и ВЧ) областей

Метод ЛАЧХ состоит из следующих этапов:

- снимается ЛАЧХ объекта управления;

- по заданным параметрам как требованиям по точности и устойчивости рассчитываются координаты точек, по которым асимптотически строится необходима ЛАЧХ всей системы.

На рисунке 4.3 представлена ​​ЛАЧХ объекта управления.

Рисунок 4.3 - ЛАЧХ системы

Построим НЧ запрещенную область на ЛАЧХ.

;

.

Определим координаты точкикак ,

На рис 4.4 представлена ​​ЛАЧХ с запрещённымы зонами.

Рисунок 4.4 - ЛАЧХ САР с Запретное НЧ и ВЧ областью

Из рисунка выше видно, что условия по точности для заданной системы не выполнены, так как пик выше точки M, следовательно, необходимо введение корректирующий звеньев.

Рисунок 4.5 - ПХ данной системы

4.4 Попытка коррекции блоком из второй лабораторной работы.

Рисунок 4.6 - Модель с подключенным блоком из третей лаб. работы

Как видно из рис. 4.5 коррекция прошло успешно, переходной процесс без значительных колебаний в начале.

Рисунок 4.6 - ЛАЧХ системы с блоком коррекции из третей лаб. работы

Рисунок 4.7 - ЛАЧХ скорректированной системы с Запретное НЧ и ВЧ областью

Рисунок 4.8 - ПХ скорректированной системы

Как видно из рисунков выше корректировка значительно улучшила ПХ, условия по точности выполнены.

4.5 Попытка математически рассчитать корректирующие звено

Из условий точности и устойчивости получили ПФ регулятора для последовательного звена:

Поскольку в точке wk_­ ЛАЧХ имеет отрицательный наклон, то ПФ низкочастотной части будет выглядеть:

тогда

W_{ПО кор}= WНЧ & ВЧ.ж. / [Wрег Wo]

С виду ЛАЧХ определили W_{НЧ & ВЧ.ж.}:

Таким образом получили последовательное корректирующее звено:

W_{ПО кор}=

Структурная схема модели с использованием корректирующей звена и подобранными коэффициентами изображена на рисунке 4.9. Переходный процесс приведен на рисунке 4.10.

Рисунок 4.9 - Структурная схема скорректированной системы

Рисунок 4.10 - Переходный процесс скорректированной системы

ЛАЧХ разомкнутой систем изображений на рисунке 4.11.

Рисунок 4.11 - ЛАЧХ разомкнутой скорректированной системы

Как видно из рисунка 4.11, требования к точности и устойчивости выполнены.

4.6 Исследование качества управления входящей и скорректированной САР

После того, как конфигурировали корректирующих звено, надо исследовать качество управления входящей и скорректированной САР.

структурная схема входной системы изображена на рисунке 4.12.

Переходная характеристика входной системы изображены на рисунке 4.13.

Рисунок 4.12 - Структурная схема входной модели

Рисунок 4.13 - Переходная характеристика входной системы

ЛАЧХ и ЛФЧХ входной модели с обозначенными запасами устойчивости изображены на рисунке 4.14.

Рисунок 4.14 - ЛАЧХ и ЛФЧХ входной модели с обозначенными запасами устойчивости

По значениям нулей и полюсов (см. Рис. 4.15) определили степень устойчивости ξ и колебательность μ системы автоматического управления по формулам:

Рисунок 4.54 - Нули и полюсы замкнутой системы

Измеренные параметры оценки качества управления занесены в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Значения параметров оценки качества управления

№ н / п	Наименование параметра	Значение для коррекции	Значение после коррекции
	запас устойчивости
1.	Запас по амплитуда L (A), dB	9,83	23,046
2.	Запас по фазе , Град.	7	30,563
	Частота среза (ω С), рад / с.	1520	364
3.	Частота полосы пропускания (ωП), рад / с.	2739	450
	корневые оценки
4.	Степень устойчивости системы автоматического управления		58.0756
5.	колебательность системы автоматического управления
	точность
6.	Ошибка в установленном режиме	2.68e-3	7,116у-11
	быстродействие
7.	Время переходного процесса tП (Δ = ± 2%), с.	0.33	0,032

ПХ (см. Рисунок 4.15) новой системы изображена на рисунке 4.15.

ЛАЧХ с обозначенными частотами среза и полосы пропускания изображена на рисунке 4.16.

Рисунок 4.15 - Переходный процесс новой системы

Рисунок 4.16 - Доля ЛАЧХ с обозначенными частотами среза и полосы пропускания

ЛАЧХ и ЛФЧХ с обозначенными запасами устойчивости по амплитуде и фазе изображены на рисунке 4.17.

Рисунок 4.17 - ЛАЧХ и ЛФЧХ с обозначенными запасами устойчивости

По значениям нулей и полюсов (см. Рис. 4.18) определили степень устойчивости ξ и колебательность μ системы автоматического управления по формулам:

58.0756

Рисунок 4.18 - Нули и полюсы замкнутой системы

Измеренные параметры оценки качества управления занесены в таблицу 4.2.

ВЫВОДЫ

В ходе выполнения лабораторной работы были исследованы способы синтеза САУ, на основе заданной ПФ и требований к качеству. Была построена ЛАЧХ и указаны запрещенные области заданной ПФ. Было выявлено, что располагаемая система не удовлетворяет заданным требований. Для исправление этого был задействую метод коррекции из лабораторной работы №3, а также математически рассчитано корректирующие звено. Оба метода смогли скорректировать ЛАЧХ, что бы она удовлетворяла заданным требованиям.

Так же во время выполнения лабораторной работы была проведена попытка настроить ПИД-регулятор объекта управления, однако было выявлено, что ПИД-регулятор подходит для конфигурации САР с передаточной функцией не выше второго порядка. В случае с ПФ третьего порядка, почти невозможно его настроить, а тем более получить удовлетворительное качество управления САР.

Регулировка точности вокруг точки Ак связано со значением коэффициента усиления. С одной стороны, он увеличивает амплитуду (высоту) ЛАЧХ разомкнутой системы на низких частотах, а с другой - повышает амплитуду второго пика ЛАЧХ замкнутой системы (на другой резонансной частоте). Так же, как и постоянная времени регулирует амплитуду «скачка» вокруг запрещенной зоны на ВЧ. К сожалению, немного не удалось выполнить требования к точности по ЛАЧХ замкнутой системы.

По всем параметрам модель после корректировки улучшилась.