- •Лекция 1
- •1. Управление технологическим процессом. Регулирование.
- •1.1 Понятия управления и регулирования технологическим процессом
- •1.2 Объект регулирования
- •Структура системы
- •1.3 Основные принципы регулирования
- •Регулирование по разомкнутому принципу
- •Регулирование по возмущению (компенсация возмущения)
- •Регулирование по отклонению (замкнутые системы)
- •Алгоритм управления
- •Классификация систем автоматического управления
- •Лекция 2 Основы автоматического управления в энергетике Математическое описание элементов и систем автоматического управления
- •Связь входа и выхода
- •Как строятся модели?
- •Порядок составления дифференциального уравнения динамического звена
- •Линеаризация уравнения, описывающего динамическое звено
- •Пример 2.1.
- •Стандартная форма записи дифференциальных уравнений. Передаточные функции систем регулирования
- •Передаточная функция
- •Лекция 3
- •Синусоидальная (гармоническая) функция времени
- •Динамическое звено сау
- •3 Передаточные функции сау 3.1 Передаточная функция динамического звена
- •3.3. Типовые динамические звенья и их характеристики 3.3.1. Элементарные звенья
- •Временные характеристики интегрирующих звеньев
- •Временные характеристики дифференцирующих звеньев
- •Лекция 4 Частотные характеристики сау Частотные характеристики динамического звена
- •Представление афчх на комплексной плоскости
- •Логарифмические частотные характеристики
- •Лачх, лфчх
- •Лекция 5 Колебательное звено
- •Частотные характеристики
- •Основные правила составления и преобразования структурных схем
- •Пример определения передаточной функции системы с перекрёстными связями
- •Лекция 6
- •Критерии устойчивости
- •Критерий устойчивости Гурвица
- •Уравнение пятого порядка
- •Критерий устойчивости Рауса
- •Критерий устойчивости Михайлова
- •Лекция 7
- •Критерий устойчивости Найквиста
- •Статические системы
- •Астатические системы
- •Переходные процессы в статических и астатических сар
- •Различие статических и астатических сар по отношению к задающим и возмущающим воздействиям
- •Лекция 8 Методы оценки качества управления
- •Прямые показатели качества переходных процессов системы автоматического управления
- •Прямые показатели качества переходных процессов сау по задающему воздействию
- •Корневые методы оценки качества управления
- •Лекция 9. Общее понятие устойчивости систем
- •Сравнительная оценка критериев устойчивости
- •Выделение областей устойчивости
- •Построение областей устойчивости в плоскости параметров системы автоматического управления. D–разбиение.
- •Понятие о d–разбиении
- •Лекция 10 Частотные оценки качества процесса регулирования
- •Связь между прямыми и частотными оценками качества
- •Желаемые лачх системы автоматического управления
- •Постановка задачи об устойчивости по а. М. Ляпунову
- •Лекция 11. Синтез линейных систем автоматического регулирования Общие сведения
- •Корректирующие устройства систем автоматического регулирования. Назначение корректирующих устройств.
- •Параллельные корректирующие устройства
- •Обратные связи
- •Жесткая обратная связь охватывает инерционное звено
- •Гибкие обратные связи и их влияние на динамические свойства системы
- •Последовательные корректирующие устройства
- •Введение в закон регулирования интеграла.
- •Лекция 12 Синтез линейных систем автоматического регулирования Общие сведения
- •Синтез методом логарифмических частотных характеристик. Лачх и лфч тдз и систем.
- •Синтез методом логарифмических частотных характеристик
- •Этапы синтеза:
- •Составление функциональной схемы сау из функционально необходимых элементов
- •Составление структурной схемы проектируемой сау
- •Математическое описание функциональных элементов схемы Математическое описание технологического объекта управления
- •Желаемые лачх системы автоматического управления
- •Выбор структуры и параметров последовательных корректирующих звеньев
- •Лекция 13 Синтез линейных систем автоматического регулироования Этапы синтеза:
- •Составление функциональной схемы сау из функционально-необходимых элементов
- •Составление структурной схемы проектируемой сау
- •Математическое описание функциональных элементов схемы
- •Математическое описание технологического объекта управления
- •Математическое описание функциональных элементов сау
- •Лекция 14 Типовые регуляторы
- •15.1 Пропорциональный (п-) регулятор.
- •15.2 Интегральный (и-) регулятор.
- •15.3 Пропорционально-интегральный (пи-) регулятор.
- •15. 4 Стандартные настройки
- •Разомкнутые системы автоматического управления с воздействием по возмущению
- •Комбинированные системы автоматического управления
- •Системы автоматического управления с несколькими управляемыми величинами
Лекция 10 Частотные оценки качества процесса регулирования
Частотные оценки производятся по частотным характеристикам как замкнутой, так и разомкнутой системы регулирования. Когда пользуются частотной характеристикой замкнутой системы, то обычно оценивают величины: показатель колебательности , резонансную (собственную) частоту и полосу пропускания (рис. 10.1).
Показатель колебательности
– это отношение максимального значения амплитудной частотной характеристики замкнутой системы к её значению при . Чем выше , тем более склонна к колебаниям система регулирования. Практикой установлено, что для системы, обладающей удовлетворительным качеством процессов,
.
Рис. 10.1. АЧХ замкнутой системы регулирования
Резонансная частота – это частота, при которой гармонические колебания проходят через систему с наибольшим усилением, а амплитудная частотная характеристика имеет максимум .
Полоса пропускания частот – это диапазон частот, где амплитудная частотная характеристика проходит не ниже значения . Величины M, и можно определить, если построить уточненные (с учетом поправок) амплитудные частотные характеристики замкнутой системы в районе частоты среза .
По амплитудным частотным характеристикам разомкнутой системы определяют следующие оценки (рис. 10.2): частоту среза , запасы устойчивости по фазе γ и по амплитуде (по модулю). Наиболее широко пользуются логарифмическими частотными характеристиками, построение которых требует минимальных затрат, но вместе с тем дает наиболее ясную связь со структурой и параметрами корректирующих связей.
Частота среза – это частота, при которой значение амплитудной характеристики разомкнутой системы равно единице (а ЛАЧХ разомкнутой системы пересекает ось частот). Величина косвенно связана с быстродействием системы: чем выше , тем выше быстродействие.
Степень демпфирования процессов или, наоборот, склонность системы к колебаниям характеризуют запасы устойчивости. Запас устойчивости по фазе принимают обычно в пределах 30...60 градусов, а по амплитуде – от 3 до 10 децилог.
Рассмотренные нами примеры оценок качества процессов регулирования далеко не исчерпывают весь существующий перечень, что обусловлено большим разнообразием, а порой противоречивостью технических требований к конкретным системам.
Рис. 10.2. Логарифмические амплитудные (кривые 1 и 3) и фазовая
(кривая 2) частотные характеристики разомкнутой системы регулирования
Устойчива или неустойчива система, определяют обычно по частотным характеристикам разомкнутой системы. В самом простом, но и наиболее распространённом случае обе логарифмические характеристики – и амплитудная и фазовая – имеют монотонно снижающийся характер (рис. 10.2). Этому случаю может соответствовать, например, одноконтурная система регулирования, образованная последовательным соединением только инерционных звеньев.
При оценке устойчивости обращается внимание на взаимное расположение амплитудной и фазовой характеристик в районе частоты среза – частоты, при которой модуль амплитудной частотной характеристики разомкнутой системы равен единице.
Критерий устойчивости формулируется следующим образом: если в разомкнутой системе регулирования при частоте среза фазовая частотная характеристика не опускается ниже уровня , то замкнутая система устойчива. Если при фазовая частотная характеристика опускается ниже уровня , то замкнутая система неустойчива.
На рис. 10.2 кривые 1 и 2 соответствуют устойчивой системе. Простым увеличением коэффициента усиления разомкнутой системы можно поднять амплитудную характеристику и увеличить , не изменяя фазовой частотной характеристики. Пара кривых 3 и 2 соответствует неустойчивой системе.
Вводится понятие запасов устойчивости. Запас устойчивости по фазе
измеряют разницей между уровнем и значением фазовой характеристики при частоте среза (см. рис. 10.2). Запас устойчивости по амплитуде измеряется тем, насколько ЛАЧХ разомкнутой системы в точке с частотой, где фазовая характеристика , лежит ниже горизонтальной оси, то есть (см. рис. 10.2):
.
Чем больше на графиках расстояния и тем больше запас устойчивости в системе регулирования. В хорошо демпфированных промышленных системах регулирования считают достаточным запас по фазе в пределах от 30 до 60 градусов, а по амплитуде – от 3 до 10 длог (от 6 до 20 дб). Столь широкий рекомендуемый диапазон определяется большим разнообразием требований к точности ведения технологического процесса для различных рабочих механизмов.