Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Отчет по лабораторной работе №5

По теме: Исследование экстремальной системы автоматического управления

Выполнил: студент гр. АПМ-11-2 ____________ /Алиев А.А. /

Проверил: ассистент ______________ / Котелева Н.И./

Санкт-Петербург

2014

Цель работы: исследование системы управления, обеспечивающей опреде­ление области экстремума статической характеристики объекта управления и под­держивающей выходную величину объекта управления вблизи ее экстремального значе­ния.

1. Описание компьютерной модели экстремальной системы и её схема

Рис. 1 Компьютерная схема

Рис. 2 Блок Subsystem

Компьютерная модель является типовой для непрерывных и импульсно-шаговых экстремальных систем, функционирующих по принципу анализа знака производной экстремальная статическая характеристика объекта управления.

Объект управления в исследуемой компьютерной модели представлен тремя бло­ками:

• блок Trigonometric Function реализует функцию sin,

• усилительный блок Gain1 c коэффициентом передачи -10

• блок Transfer Fcn1, моделирующий инерционную часть объекта управления с передаточной функцией постоянная времени, которая может иметь значения 0.5, 1.0, 1.5 секунды.

Для иллюстрации экстремальной ха­рактеристики объекта предусмотрена отдельная схема The circuit of definition the extreme characteristic of object of management, снабженная простым осциллографом Scope с двумя входами и специальным осциллографом XY Graph1, строящим экстремальную характери­стику объекта управления.

В основной модели объект управления также снабжён осцилло­графом, строящим его статическую характеристику.

Для большей наглядности работы экстремальной системы в модель введен еще один осциллограф XY Graph 2, предназначенный для построения фазовой характеристики колебаний на выходе безынерционной части объекта управления. Для получения сигнала, пропорционального производной от колебаний, в схему введен блок производной (Derivative).

Параллельно осциллографу XY Graph включены два канала временного осцилло­графа Scope1, позволяющего наблюдать обе координаты характеристики объекта во временной области. Третий вход этого осциллографа подключен к входу исполнитель­ного органа объекта, в роли которого используется серводвигатель, представленный в мо­дели интегрирующим звеном с коэффициентом передачи k=0.03.

Электромагнитной и механической инерцией серводвигателя в данном случае пренебре­гаем по сравнению с инерционностью объекта управления. Четвертый вход осциллографа Scope1 связан с выходом инерционной части объекта управления.

Для питания серводвигателя предусмотрен переключатель Switch. Он является выходным силовым органом экстремального регулятора.

Входным или чувствительным органом регулятора является блок определения произ­водной изменения сигнала на выходе объекта управления. В компьютерной модели функцию измерения производной выполняет реальное дифференцирующее звено с переда­точной функцией, реализованной в блоке Transfer Fcn2.

Кроме входного и выходного органов экстремального регулятора в его состав входят следующие блоки:

- блок Dead Zone с нелинейной характеристикой типа «зона нечувствительности», отра­жающий наличие такой характеристики в реальных звеньях реальной экстремальной системы управления;

- блок Hit Crossing определения момента пересечения порогового значения (в данном слу­чае определения моментов перехода графика производной через нулевую линию, т.е. при смене знака производной);

- два триггера J-K Flip-Flop1 и J-K Flip-Flop2 со счетными входами, соединенные последо­вательно; первый триггер устраняет лишние импульсы, порождаемые зоной нечувстви­тельности, второй выполняет деление последовательности импульсов на два, что необходимо в соответствии с алгоритмом экстремального управления.

Для изучения процесса преобразования сигналов различными блоками экстремаль­ного регулятора модель снабжена дополнительным осциллографом Scope 2, имеющего три входа и позволяющего наблюдать временные графики производной, им­пульсы смена знака производной и импульсы, вызванные наличием зоны нечувствитель­ности, а также импульсы на выходе первого триггера.

Переключение режимов работы системы управления выполняется вручную:

1) непрерывный режим достигается переводом ручного переключателя Manual Switch в разомкнутое состояние, при котором цепь разрешающего работу подсистемы сигнала раз­рывается;

2) шаговый режим обеспечивается переводом ручного переключателя Manual Switch в замкнутое состояние и ликвидацией соединения основного силового выхода системы с блоком суммирования на входе системы.

Краткие теоретические сведения

Задачей экстремальных систем управления является обеспечение наилучшего статиче­ского режима работы объекта управления. Если статическая характеристика объ­екта управления имеет экстремум, то экстремальная система управления должна вывести рабочую точку в зону экстремума и удерживать её вблизи точки экстремума.

Наиболее широкое применение получили одномерные экстремальные системы, использующие одно управляющее воздействие. Для функционирования таких экстремальных систем используется алгоритм управления, основанный на измерении , и на использовании для управления информации о знаке производной. В таких системах исполнительный механизм движется в том или ином направлении с постоянной скоростью

Время выхода в зону экстремума определяется как отрезок времени от начала поиска до выхода на предельный цикл, то есть до момента установления автоколебаний постоянной амплитуды и постоянной частоты.

Порядок выполнения работы