Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Костромская государственная сельскохозяйственная академия»

Кафедра ТОЭ и автоматики

Методические указания к выполнению

курсовой работы

«Анализ и оптимизация системы автоматического регулирования»

по дисциплине «Автоматика»

для студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированного специалиста 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

Кострома 2008

УДК 621.3.01

Анализ и оптимизация системы автоматического регулирования

Составители: А.В. Рожнов, канд. техн. наук, доцент

Рекомендовано методической комиссией факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства (протокол № 6 от 30.06.08).

Рецензент: ф.А. Новожилов, канд. Техн. Наук, доцент

Даны методические указания к выполнению курсовой работы и пример расчетов работы по методике, предложенной к.т.н. Федосовым Б.Т. с применением программного комплекса «МОДЕЛИРОВАНИЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ» ПК «МВТУ, версия 3.5), предназначенного для детального исследования и анализа динамических процессов в ядерных и тепловых энергетических установках, в системах автоматического управления (САУ), в следящих приводах и роботах, в любых технических системах, описание динамики которых может быть реализовано методами структурного моделирования.

Оглавление

1. Цель и задачи курсовой работы 6

2. Задание и исходные данные 6

3. Методические указания к выполнению работы 8

3.1. Анализ исходных данных 9

3.2. Описание принципа действия САР 9

3.3. Построение структурной и аналитической моделей САР 9

3.3.1. Построение структурной схемы САР 10

3.3.2. Определение передаточных функций элементов САР 10

3.4. Оценка устойчивости разомкнутого контура 10

3.5. Стабилизация разомкнутого контура 11

3.6. Оценка устойчивости замкнутой САР 11

3.7. Коррекция замкнутой САР 11

3.8. Оценка качества САР 12

3.9. Определение области устойчивости САР 13

3.10. Заключение 13

4. Пример выполнения курсовой работы «Анализ и оптимизация системы автоматического регулирования» 13

4.1 Определение передаточных функций элементов САР «ДПТ» 13

4.1.1. Функциональная схема и принцип действия САР 13

4.2 Параметры и передаточные функции элементов 15

5. Построение, запуск и анализ модели САР 15

5.1 Построение структурной схемы САР 15

5.2 Первый запуск модели 16

6. Оценка устойчивости и стабилизация разомкнутой САР. Параметрическая оптимизация САР 17

6.1 . Стабилизация разомкнутой САР 17

6.2. Предварительная коррекция замкнутой САР ДПТ 22

7.Структурно-параметрическая оптимизация САР 27

7.1 Определение настроечных параметров ПИ-регулятора 27

7.2. Введение ПИ-регулятора в контур управления 28

7.3. Уточнение настроечных параметров ПИ-регулятора 29

8. Оценка качества САР «ДПТ» 30

8.1 Показатели качества переходного режима 31

8.2 Показатели качества установившегося режима 31

8.3 САР «ДПТ» в режиме слежения и стабилизации 32

Список использованных источников: 34

Задания и методические указания к выполнению курсовой работы составлены в соответствии со стандартом специальности 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

1. Цель и задачи курсовой работы

Цель работы: оптимизация типичной линейной системы автоматического регулирования (САР) с использованием программного пакета моделирования систем МВТУ.

Задачи работы:

• анализ задания и исходных данных;

• описание принципа действия САР;

• построение структурно-аналитической модели САР;

• оценка устойчивости и стабилизация САР;

• оптимизация модели;

• оценка качества модели.

2. Задание и исходные данные

Тема курсовой работы:

"Анализ и оптимизация САР частоты вращения вала двигателя постоянного тока (САР ЧВ ДПТ) – САР «ДПТ».

Задание: построить модель САР, исследовать ее, оптимизировать и оценить качество полученной САР.

Исходные данные: функциональная схема САР «ДПТ» и параметры ее элементов.

Функциональная схема САР «ДПТ»приведена на рис.2.1.

Рис.2.1 Исходная функциональная схема САР «ДПТ»Объект управления - двигатель постоянного тока, управляемая величина - частота вращения вала ДПТ.

Расшифровка обозначений рис.2.1: У - усилитель; ТП - тиристорный преобразователь; Г - генератор; ДПТ - двигатель постоянного тока; ТГ - тахогенератор; ОСН - гибкая обратная связь по напряжению. ДПТ – двигатель постоянного тока независимого возбуждения. ДПТ – объект управления, его выходная величина, частота вращения вала n должна соответствовать заданию. u_з - напряжение задания, в соответствии с которым должна изменяться частота n вращения вала ДПТ. М_c - возмущающий момент силы, приложенный к валу ДПТ от той машины, которую он приводит в действие

Параметры и передаточные функции элементов (N - номер варианта задания).

У - усилитель моделируется апериодическим звеном с передаточной функцией [1]:

k_y = (0,5+0,9N) ; T_y = (0,07 + 0.005N), с.

Передаточная функция усилителя [1]:

. (2.1)

ТП - тиристорный преобразователь моделируется апериодическим звеном с передаточной функцией и параметрами [1]:

(2.2)

с параметрами: k_тп = (1,5+2,2N) ; T_тп = (0,25 + 0,004N), с.

Г - генератор, апериодическое звено [1]:

. (2.3)

с параметрами: k_г = 0,1(4 + 0,2N) ; T_г = 0,04 (8 + N),с.

ОСН - гибкая обратная связь по напряжению, инерционно-дифференцирующее звено [1]:

(2.4)

с параметрами: k_осн = 0,01(5 + 0,2N); T_осн = 0,05(3 + N), c.

ТГ - тахогенератор, усилительное (пропорциональное) звено [1]:

(2.5)

где: k_тг = 0,002(2,5 + 3N), [В•с/об].

ДПТ- двигатель постоянного тока, колебательное звено. Передаточная функция ДПТ по каналу управления, определяющая влияние напряжения на якоре двигателя на частоту вращения его вала [1]:

(2.6)

где: k_ду = 0,1(10 + N), [об/(с·В)]; k_дв = 0,04(14 + N), [об/(с·Н·м)]; T_я = 0,01 (5 + 0,35N), с; T_м = 0,2 (4 + 0,1N), с.

по каналу возмущения [1]:

. (2.7)