- •Московский государственный открытый университет в.П.Грехов, м.Н. Зарицкий, г.А.Ключникова, а.В.Куприков теория автоматического управления
- •1. Основные понятия и определения
- •2. Математическое описание звеньев и систем автоматического управления
- •2.1. Передаточные функции линейных звеньев и систем автоматического управления
- •Формула преобразования Лапласа
- •2.2. Передаточные функции соединения звеньев
- •2.3. Структурные схемы линейных сау и их преобразование
- •3. Характеристики линейных звеньев и систем
- •3.1. Временные характеристики
- •3.2. Частотные характеристики
- •3.3. Типовые динамические звенья и их передаточные функции
- •В) Идеальное дифференцирующее звено
- •3.4. Временные характеристики типовых динамических звеньев
- •3.5. Частотные характеристики типовых динамических звеньев
- •3.6. Построение логарифмических частотных характеристик последовательного
- •4. Устойчивость линейных систем автоматического управления с постоянными параметрами
- •4.1. Введение в теорию устойчивости линейных стационарных сау
- •Математическое определение понятия “устойчивость”
- •4.2. Алгебраические критерии устойчивости
- •4.3. Частотный критерий устойчивости Найквиста
- •4.4. Анализ устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам. Запасы устойчивости
- •4.5. Влияние структуры и суммарного коэффициента системы на устойчивость
- •5. Синтез замкнутых систем регулирования
- •5.1. Содержание технических требований
- •Ступенчатого воздействия fз
- •5.2. Общий порядок синтеза корректирующего устройства и вид желаемой лачх
- •С вч – участком (-40 дб/дек)
- •(-60 Дб/дек) рис. 5.3.А - –20, -20, -60 дб/дек; рис.5.3.Б - -40, -20, -60 дб/дек
- •5.3. Передаточные функции типовых замкнутых систем регулирования
- •5.4. Пример синтеза системы регулирования Задача
- •Технические требования к системе регулирования
- •Передаточные функции двигателя по управляющему воздействию и по возмущению.
- •Определение параметров желаемой передаточной функции.
- •Определение передаточной функции корректирующего устройства
- •Техническая реализация корректирующего устройства
- •В синтезированной системе электропривода
- •6. Многоконтурные системы регулирования
- •6.1. Многоконтурные системы с подчиненным регулированием координат
- •I, , - регулируемые координаты,f1, f2, f3 - возмущения
- •6.2. Принципы оптимизации в системах подчиненного регулирования
- •Модульный оптимум настройки контуров регулирования
- •Симметричный оптимум настройки контуров регулирования
- •6.3. Порядок синтеза контуров в системах с подчиненным регулированием координат
- •6.4. Тиристорный преобразователь и шир – регуляторы как динамические звенья
Определение параметров желаемой передаточной функции.
Исходя из требуемого порядка астатизма системы приходим к выводу, что разомкнутый контур регулирования должен иметь ЛАЧХ типа –20; -20; -60 ДБ/дек.
Такой ЛАЧХ соответствует передаточная функция
(5.34)
где - эквивалентная малая постоянная времени, определяющая наклон высокочастотного участка ЛАЧХ скорректированной системы. Желаемые ЛАЧХ и ЛФЧХ приведены на рис. 5.14.
Для этой системы передаточные функции по ошибке от задающего воздействия Uз и возмущения Мс имеют следующий вид
(5.35)
(5.36)
,
.
Следовательно, условие астатизма по задающему воздействию Uз и возмущению Мс в желаемой структуре выполняется. Частота среза желаемой ЛАЧХ определяется из соотношения
1/с.
Постоянная времени интегрирования желаемой передаточной функции
Ти=1/ср ж=1/66,5=0,015 с.
Частота сопряжения среднечастотного и высокочастотного участков С должна быть в 2,5-3 раза выше частоты среза ср ж, т.е. е=2,566,5=167 1/с.
Рис. 5.14 Частотные характеристики системы электропривода
Постоянная времени Те=1/е=1/167=0,006 с.
Из данных неизменяемой части системы
с.
Таким образом:
Определение передаточной функции корректирующего устройства
П
(5.37)
Следовательно, корректирующее устройство должно иметь передаточную функцию
(5.38)
где ТТП=410-3 с, Т1=8,310-2; Т2=1,210-2 сек,
КУ=1300,50,1=1,5.
Можно приближенно считать, что
(ТТПр+1)(Т2р+1)(Тер+1)2
Так как 0,4810-4 р2+1,4610-2 р+1 0,3610-4 р2+1,210-2 р+1.
Поэтому упрощенная передаточная функция корректирующего устройства
,
где Ти ку=КуТи=1,50,015=0,0225 сек.
Передаточная функция системы регулирования с желаемой упрощенной передаточной функцией по задающему сигналу
.
При такой передаточной функции время переходного процесса отработки ступенчатого задающего воздействия tпп (67)Ти 7110-20,1 сек.
Полученное время tпп в 1,5 раза меньше, чем в технических требованиях
.
Следовательно, с целью уменьшения перерегулирования в переходном процессе целесообразно уменьшить значение ср ж, и считать, что расчетное значение ср расч=66,5/1,550 1/сек.
Этой частоте среза соответствует постоянная времени интегрирования Ти=0,02 сек.
Расчетные передаточные функции скорректированной системы регулирования
(5.39)
(5.40)
где Км = Ти ку / Кя См КТП - коэффициент передачи по моменту Мс.
Для оценки величины перерегулирования следует вычислить запас по фазе на частоте среза разомкнутого контура с расчетными параметрами
=180 – 90 – 2 arctgср Te = 90 - 2arctg506010-3 = 90 – 33 = 57.
Следовательно, перерегулирование в переходном процессе не будет превышать требуемого значения 15%.
Техническая реализация корректирующего устройства
Корректирующее звено представляет собой интегро-форсирующее звено (ПИ - звено). Поэтому его целесообразно выполнить в виде активного динамического звена на базе ОУ по схеме рис. 5.13.
Его передаточная функция имеет следующий вид
,
где Т1=СосRос, Ти=Сос Rвх,
расчетные значения Т1=0,083с;
Выбрав стандартное значение емкости Сос, можно рассчитать требуемые величины резисторов Rос и Rвх, так чтобы они не превышали значение 1 МОм.
Задачу синтеза системы регулирования можно считать завершенной. Для расчета переходных процессов отработки задающего сигнала и возмущения Мс целесообразно воспользоваться компьютерной учебной программой «Полином». Переходная функция при отработке ступенчатого задающего сигнала приведена на рис. 5.6. Из этого графика видно, что динамические свойства системы регулирования скорости соответствуют техническим требованиям, т.к. tпп=0,09 с, =8 %, пк=1.
Рис. 5.16 График переходной функции отработки задающего воздействия