MATLAB00 / laptevML_ЛАБДПТ
.pdf11
3 Задание для лабораторной работы
3.1 Варианты нагрузки системы
Вариант |
|
|
Данные |
|
|
||
w |
X0 |
Y0 |
X1 |
Y1 |
X2 |
Y2 |
|
1 |
100 |
0 |
0 |
1 |
10 |
2,5 |
7,5 |
2 |
100 |
0 |
0 |
1,5 |
15 |
3,5 |
8 |
3 |
100 |
0 |
0 |
2 |
20 |
4,5 |
10 |
4 |
100 |
0 |
0 |
2,5 |
25 |
5,5 |
15 |
5 |
100 |
0 |
0 |
3 |
30 |
6 |
17 |
6 |
100 |
0 |
0 |
3,5 |
35 |
6,5 |
20 |
7 |
100 |
0 |
0 |
4 |
40 |
7 |
25 |
8 |
100 |
0 |
0 |
4,5 |
45 |
7,5 |
30 |
Вариант |
|
|
Данные |
|
|
||
w |
X0 |
Y0 |
X1 |
Y1 |
X2 |
Y2 |
|
9 |
100 |
0 |
0 |
5 |
50 |
8 |
35 |
10 |
100 |
0 |
0 |
2,5 |
55 |
4,5 |
25 |
11 |
100 |
0 |
0 |
3 |
60 |
5,5 |
35 |
12 |
100 |
0 |
0 |
3,5 |
65 |
6 |
40 |
13 |
100 |
0 |
0 |
4 |
70 |
6,5 |
45 |
14 |
100 |
0 |
0 |
4,5 |
75 |
7 |
55 |
15 |
100 |
0 |
0 |
5 |
80 |
7,5 |
65 |
3.2 Задание № 1
Реализуйте разомкнутую САР. Изменяя коэффициент усиления усилителя в PI_zveno в допустимых пределах, получите графики выходной величины. Проанализируйте полученные результаты. На основании анализа выставите коэффициент так, чтобы качество регулирования было по возможности наибольшим. Постройте статическую и динамическую характеристику получившейся системы.
3.3 Задание № 2
Реализуйте САР по возмущению. Изменяя коэффициент усиления датчика и усилителя в PI_zveno в допустимых пределах, получите графики выходной величины. Проанализируйте полученные результаты. На основании анализа выставите коэффициенты так, чтобы качество регулирования было по возможности наибольшим. Постройте статическую и динамическую характеристику получившейся системы.
3.4 Задание № 3
Реализуйте замкнутую САР. Изменяя коэффициент усиления датчика и усилителя в PI_zveno в допустимых пределах, получите графики выходной величины. Проанализируйте полученные результаты. На основании анализа выставите коэффициенты так, чтобы качество регулирования было по возможности наибольшим. Постройте статическую и динамическую характеристику получившейся системы.
3.5 Задание № 4
Реализуйте САР с астатическим регулированием. Изменяя коэффициент усиления датчика, усилителя и интегратора в PI_zveno в допустимых пределах, получите графики выходной величины. Проанализируйте полученные результаты. На основании анализа выставите коэффициенты так, чтобы качество регулирования было по возможности наибольшим. Постройте статическую и динамическую характеристику получившейся системы.
3.6 Задание № 5
Реализуйте комбинированную САР. Изменяя любые коэффициенты усиления в допустимых пределах получите графики выходной величины. Проанализируйте полученные результаты. На основании анализа выставите коэффициенты так, чтобы качество регулирования было по возможности наибольшим. Постройте статическую и динамическую характеристику получившейся системы.
12
4 Методические рекомендации по выполнению работы
Для реализации различного вида САР необходимо изменять связи в модели при помощи ключей MS_D1 и MS_D2. Разомкнутым считается состояние, когда рисунок на блоке указывает
на соединение с блоком земли 
(Ground). Для реализации разомкнутой САР необходимо разомкнуть оба блока. Для реализации САР по возмущению необходимо замкнуть только ключ MS_D1. Для реализации замкнутой САР и САР с астатическим регулированием необходимо замкнуть только ключ MS_D2. Для реализации комбинированной САР необходимо замкнуть оба ключа.
При изменении различных коэффициентов усиления следует придерживаться нескольких следующих правил.
Коэффициенты должны быть неотрицательными числами. При выставлении отрицательных чисел изменяется либо тип обратной связи, то есть вместо отрицательной она становится положительной, либо направление вращения двигателя, что недопустимо. При выставлении коэффициентов равными нули изменяется тип САР. В датчиках D1 и D2 коэффициент равный нулю лучше не выставлять совсем. Коэффициент интегрирования в блоке PI_zveno должен быть всегда равен нулю за исключением опытов с астатической САР. Коэффициент усиления в блоке PI_zveno может быть равен нулю только в опытах с астатической САР, но при этом можно заметить, что качество регулирования сильно ухудшается.
Допустимыми пределами для изменения коэффициентов являются такие значения коэффициентов, при которых система остается линейной, то есть не происходит ограничения выходного сигнала в блоке PI_zveno. Эти значения можно просчитать как теоретически, так и контролировать во время симуляции. Например, для разомкнутой САР при величине ограничения напряжения 240 В и величине задатчика 100 рад/с максимально возможным коэффициентом усиления в блоке PI_zveno будет 2,4. Если этот коэффициент будет превышен, то модель выдаст ошибку во время симуляции и прекратит симуляцию. Следует также помнить, что при выставлении коэффициентов близких к нулю в модели могут возникать сложности с её решением.
При изменении коэффициентов необходимо заполнять весь допустимый диапазон от минимального до максимального. Число опытов должно быть не менее 5-ти, наиболее удобное число 6, именно столько графиков можно разместить на листе А4 с уменьшением.
При изменении нескольких коэффициентов необходимо проводить несколько серий опытов, когда в ходе серии изменяется только один коэффициент, а другой выставлен в состояние, при котором он оказывает минимальное воздействие на САР (обычно это 1).
Анализ полученных результатов состоит в выяснения влияния коэффициентов на поведение системы на качественном уровне. По полученным данным необходимо выставит коэффициенты так, чтобы качество регулирования было по возможности наибольшим, то есть система должна быть устойчивой, система должна отрабатывать задание с наилучшей точностью, переходные процессы и процессы перерегулирования должны быть минимальными. Например, для разомкнутой САР и данных с рисунка 2.4 близким к наилучшему значению коэффициента является значение 1,35.
Рис. 4.1 – Графики OutData |
Рис. 4.2 – Нагрузочная характеристика |
|
13
На рисунке 4.1 показаны выходные данные для этого случая. Площадь закрашенной фигуры минимальна, что соответствует наилучшему качеству САР. Наиболее точно определить площадь фигуры можно при помощи её вычисления непосредственно в модели, но это тема другой лабораторной работы, поэтому площадь определяется приблизительно.
На рисунке 4.2 показана нагрузочная характеристика системы (динамическая). Она построена при настройках блока N_H – Plot After Simulation In Any Ways. Для построения статической характеристики необходимо изменить настройки блока N_H на Plot After Simulation On Gradient и изменяя параметры блока Load_torque добиться построения характеристики как можно в большем диапазоне. Для этого сначала необходимо выставить максимально возможный момент, который может выдержать двигатель, а потом выставить время симуляции таким образом, чтобы градиенты тока и скорости были меньше допустимых значений. Следует обратить внимание, что получаемые графики (рис. 4.2) показывают не момент на валу двигателя, а ток якоря, эти величины прямо пропорциональны, но не равны.
5 Оформление результатов работы
Произвести письменное оформление результатов работы с соблюдением СТП предприятия. Дать описание проделанной работы (достаточно подробное, чтобы можно было проследить четкую связь между заданными аргументами и получившимися результатами). Привести полученные графические результаты. Дать анализ формы графиков и характеристик. Сделать соответствующие выводы о достоинствах и недостатках структур САР, указать пути повышения качества регулирования для каждой САР (фразы «мы научились», «мы решили» и т. д. не использовать).
Для вставки рисунков Scope желательно их изменить и убрать черный фон. Для автоматизации таких изменений можно внести изменения непосредственно в файлы функций MATLAB. Для MATLAB версии 6.5 создана функция (upgrade6p5) производящая автоматические изменения файлов. Далее следует краткое описание этой функции.
1. Для чего предназначено содержимое этой папки
Для автоматического изменения файлов sfunxy.m и simscope.m. sfunxy.m - рисует график для блока XY Graph в Simulink. simscope.m - рисует график для блока Scope в Simulink.
2. Какие преимущества дает подобные изменения График XY Graph теперь:
-имеет основное меню, что позволяет копировать график используя Edit/Copy Figure;
-имеет Figure Toolbar, что позволяет изменять график (например, увеличивать фрагмент);
-имеет сетку на осях, что более удобно;
-может автоматически изменять масштаб, для чего параметр x-min необходимо сделать рав-
ным -pi;
-можно иметь надпись на графике и осях, для этого нужно сначала оборвать связь с библио-
текой Edit/Link options/Break link, сделать Look under mask, и изменить параметр s-функции:
Было:
S-function parameters: [xmin xmax ymin ymax], st
Нужно сделать так: S-function parameters:
[xmin xmax ymin ymax], st, 'X-axis', 'Y-axis', 'Y(x)-plot'
где последние три параметра и являются надписями и могут быть изменены по вашему вкусу, главное, чтобы они были указаны все три. После этого может появляться ошибка:
Warning: The XY Graph scope '... path ...'
should be replaced with a new version from the Simulink block library
> In C:\MATLAB6p5\toolbox\simulink\blocks\sfunxy.m (SetBlockCallbacks) at line 459 In C:\MATLAB6p5\toolbox\simulink\blocks\sfunxy.m at line 23
Эту ошибку можно просто игнорировать, поскольку она не опасна. График Scope теперь:
-имеет основное меню, что позволяет копировать график используя Edit/Copy Figure;
-имеет белый фон, что удобно для распечатки;
14
- имеет следующую последовательность цветов графиков:
1)черный,
2)красный,
3)желтый,
4)зеленый,
5)синий,
6)фиолетовый,
7)черный (пошел повтор по кругу).
3. Как правильно пользоваться программой
Скопируйте папку Upgrade6p5 в каталог Work запустите MATLAB и сделайте папку текущей (рабочей). Запустите функцию upgrade6p5 и отвечайте на предлагаемые вопросы:
-Delete all p-files (haved m-copies) from C:\MATLAB6p5\toolbox\simulink\simulink
здесь обязательно нужно указать Yes и удалить старые p-файлы;
-Copying new simscope.m to C:\MATLAB6p5\toolbox\simulink\simulink
здесь нужно ответить Yes и заменить старый файл на новый;
- Copying original (default) simscope.m to C:\MATLAB6p5\toolbox\simulink\simulink
это для отмены копирования файла, то есть возвращения к старому варианту, ответ - No; - Create p-files for all m-files in C:\MATLAB6p5\toolbox\simulink\simulink
это нужно для ускорения работы, но часто выдает ошибки, поэтому обычно ответ - No;
-Delete all p-files (haved m-copies) from C:\MATLAB6p5\toolbox\simulink\blocks
здесь обязательно нужно указать Yes и удалить старые p-файлы;
-Copying new sfunxy.m to C:\MATLAB6p5\toolbox\simulink\blocks
здесь нужно ответить Yes и заменить старый файл на новый;
- Copying original (default) sfunxy.m to C:\MATLAB6p5\toolbox\simulink\blocks
это для отмены копирования файла, то есть возвращения к старому варианту, ответ - No; - Create p-files for all m-files in C:\MATLAB6p5\toolbox\simulink\blocks
это нужно для ускорения работы, но часто выдает ошибки, поэтому обычно ответ - No;
Если работа функции была завершена корректно, то в рабочей папке появляется файл history.txt, в котором записаны все действия, произведенные функцией.
6 Вопросы для самоконтроля
1.Какие части графиков соответствуют переходным процессам, а какие установившимся?
2.Чем объясняется наличие или отсутствие перерегулирования на графиках?
3.От чего зависит жесткость нагрузочной характеристики?
4.Как получить идеальную нагрузочную характеристику в САР по возмущению?
5.Можно ли получить идеально жесткую нагрузочную характеристику в замкнутой САР, если нет, то – почему, если да, то – каким образом?
6.Астатизм какого порядка используется в данной модели?
7.Почему чисто интегральные звенья используются в САР очень редко?
8.В чем состоит сложность реализации комбинированных САР и САР по возмущению?
9.Как можно уменьшить время переходных процессов и величину перерегулирования?