лаб 3
.docxЛабораторная работа № 3
МЕТОДЫ КОРРЕКЦИИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Цель работы – изучение методов последовательной и параллельной коррекции САУ, типовых корректирующих устройств и их влияния на динамические свойства и точность систем.
3.1. Основные сведения
Синтез САУ, удовлетворяющей заданным требованиям к точности системы и качеству ее динамики, обычно проводят в два этапа:
1-й этап – проектирование основного регулятора, обеспечивающего заданную точность;
2-й этап – синтез специальных корректирующих устройств (КУ) для стабилизации системы, если она неустойчива, и(или) улучшения ее динамических свойств.
Среди КУ различают последовательные, включаемые в прямой канал системы, и параллельные, представляющие собой, как правило, различного рода обратные связи, чаще местные, т. е. охватывающие часть звеньев прямого канала. Достоинством таких КУ по сравнению с последовательными является то, что при правильном расчете (таком, чтобы в существенном диапазоне частот ЧПФ разомкнутого внутреннего контура была значительно больше единицы) ПФ внутреннего контура определяется в основном ПФ корректирующей обратной связи, вследствие чего вариации параметров звеньев, охваченных обратной связью, слабо влияют на динамику системы. Применяют также КУ, включаемые параллельно звеньям прямого канала.
Синтез САУ в частотной области обычно состоит в формировании желаемой ЛАХ разомкнутой системы с последующим расчетом корректирующего устройства, чаще параллельного, введение которого обеспечит эту ЛАХ. Однако в случае последовательной коррекции часто можно обойтись более простой процедурой введения в систему типовых КУ. Объединяя одним понятием "регулятор в прямом канале" основной регулятор и последовательное КУ, можно указать следующие типовые регуляторы, широко применяемые для улучшения динамики и повышения точности систем:
-
П-регулятор: (при 1 увеличивает и уменьшает );
-
И-регулятор: (повышает порядок астатизма и уменьшает на );
-
ПД-регулятор (форсирующее звено): (повышает ; реализуемая ПФ , где );
-
ПИ-регулятор: (обладает свойствами П-регулятора и первым из свойств И-регулятора);
-
ПИД-регулятор: (сочетает свойства ПИ- и ПД-регуляторов; реально , где – малая постоянная времени).
Некоторые способы определения порядка астатизма системы в отношении воздействия :
-
представить ПФ для ошибки = E(p)/U(p) в виде где M(p) и N(p) – полиномы, причем ; тогда ;
-
определить порядок астатизма как максимальное число не охваченных местными обратными связями интегрирующих звеньев в обратной связи системы с входом u и выходом e (ошибкой).
3.2. Программа работы
1. Cтруктурная схема в общем виде - рис. 3.1, где y – регулируемая переменная; g и f – задающее и возмущающее воздействия; e – ошибка. Назначить произвольное значение T из диапазона 0.1…1.0 с
.
Рис. 3.1
2. Получить ПХ по задающему воздействию и определить и для ряда возрастающих значений k: где – номинальное значение k. Описать, как с ростом изменяются характер переходного процесса и значения показателей качества ПХ.
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Характер ПХ |
|
|
|
3. Получить ПХ по возмущающему воздействию (g = 0, f = 1) и определить и , задав .
Найти установившуюся ошибку на входе регулятора от возмущения f = 1. Убедиться, что =.
4. Задать новую ПФ регулятора вида приняв Оценить количественно изменение значений , , и . Пояснить результаты для и , записав ПФ и построив асимптотические ЛАХ разомкнутой системы для обоих регуляторов.
f
Построить асимптотические ЛАХ разомкнутой системы для обоих регуляторов.
5. Сохранив численные значения параметров схемы, дополнить ее, включив в прямой канал последовательно еще одно КУ с ПФ , задав значение не менее (10…20). Изменилась ли ПХ по задающему воздействию? Что произошло с ошибкой ? Изменился ли порядок астатизма по возмущению?
6. Задать схему (рис. 3.2) при (исходная система). Получить ПХ и сделать суждение об устойчивости исходной системы. Стабилизировать систему уменьшением . Измерить и . Определить приблизительное критическое значение .
Рис. 3.2
7. Восстановить . Вводя по отдельности корректирующие связи с передачами и добиться стабилизации системы. Определить приемлемые с точки зрения качества ПХ значения и Для каждой связи сделать эскиз ПХ и измерить и .
8. Задать из диапазона 32…50, Получить ПХ, сделать ее эскиз или копию экрана и зафиксировать и .
3.3. Содержание отчета
-
Структурные схемы и численные значения их параметров.
-
Результаты по каждому пункту программы работы и комментарии к ним. Ответы на вопросы, содержащиеся в программе.
-
Указание типа использованного регулятора (П-, ПИ- и т. п.).
-
Асимптотические ЛАХ первой системы, согласно пп. 4 и 5 программы.
-
Асимптотические ЛАХ второй системы: исходной и скорректированной введением связей с передачами и (все ЛАХ – для разомкнутой системы). В последнем случае использовать правило приближенного построения результирующей ЛАХ соединения с обратной связью.
Контрольные вопросы
-
Как выглядят ЛЧХ ПД-, ПИ-, и ПИД-регуляторов ?
-
Как определить порядок астатизма системы по заданному воздействию?
-
Почему ПД-регулятор повышает запас устойчивости, а ПИ-регулятор – порядок астатизма?
-
Как наклон ЛАХ разомкнутой системы на частоте среза и в ее окрестности влияет на динамические свойства системы?
-
Как называются корректирующие устройства на рис. 3.2?