М
ИНОБРНАУКИ
РОССИИ
ФИЛИАЛ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" В Г.СЫЗРАНИ
Кафедра электротехники, информатики и компьютерных технологий
Синтез систем автоматического управления
Учебно-практическое пособие по дисциплине
«Теория автоматического управления»
С
ызрань
2011
Составитель: В.И.Будин
УДК 681.51
Синтез систем автоматического управления: Учебно-практическое пособие/ Филиал Самар. гос. техн. ун-та в г. Сызрани; Сост. В.И. Будин. Сызрань, 2011. 51 с.
Изложены основные вопросы синтеза систем автоматического управления с применением логарифмических частотных характеристик и методики последовательной коррекции с подчиненным регулированием координат. Даны рекомендации по использованию пакета прикладных программ Control System Toolbox на всех этапах проектирования.
Пособие предназначено для студентов всех форм обучения специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» и направления подготовки бакалавров «Электроэнергетика и электротехника» при выполнении курсовой работы по дисциплине «Теория автоматического управления».
Табл. 6. Ил. 18. Библиогр.: 3 назв.
Утверждено научно-методическим советом электротехнического факультета от 11 февраля 2011 г.
Содержание
Введение………………………………………………………..4
Техническое задание…………………………………………..6
Цель, содержание и объем курсовой работы…………….....13
Построение структурной схемы исходной системы……….14
Определение передаточных функций звеньев САУ……….15
Исследование исходной системы………………………..….21
Коррекция системы автоматического управления….…….28
Реализация регуляторов……………………………………...42
Анализ скорректированной системы……………………….50
Построение функционально-принципиальной схемы скорректированной САУ…………………………………….50
Заключение…………………………………………………...51
Библиографический список………………………………….51
Список использованной литературы…………………………….51
1. Введение
Задача синтеза системы автоматического управления (САУ) заключается в выборе такой ее структуры, параметров, характеристик и способов их реализации, которые при заданных ограничениях наилучшим образом удовлетворяют требованиям, предъявляемым к системе.
Обычно определенная часть проектируемой системы задана. Она является исходной или нескорректированной САУ. Параметры ее основных функциональных элементов известны. В такой постановке задача проектирования сводится к определению управляющего устройства (УУ), обеспечивающего заданные показатели качества системы.
Наиболее простым, наглядным и хорошо разработанным инженерным методом синтеза САУ является метод логарифмических частотных характеристик (ЛЧХ). Его идея основана на однозначной связи между переходным процессом в системе и ее ЛЧХ. Исходя из этого по заданным точностным и динамическим показателям качества сначала строится желаемая ЛЧХ, а затем путем графического построения осуществляется приближение к ней частотных характеристик исходной системы. В результате такой процедуры определяется ЛЧХ управляющего устройства. Корректирующее устройство может включаться в канал управления последовательно или встречно-параллельно. Вид коррекции предопределяет некоторые особенности синтеза, обусловленные методикой получения ЛЧХ устройства управления.
Проектирование САУ с применением ЛЧХ обеспечивает наиболее широкие возможности удовлетворения противоречивых требований к статическим и динамическим свойствам системы управления. Однако имеется существенное практическое ограничение в применении данного метода синтеза. Оно предопределяется, как правило, сложностью получаемой математической модели УУ и соответственно связано с трудностью реализации этой коррекции и её настройки в реальной САУ.
Для упрощения вида УУ в настоящее время оно разбивается на ряд корректирующих устройств (КУ) путем организации в САУ внутренних вложенных друг в друга контуров, каждый из которых управляется соответствующим регулирующим устройством (регулятором).
Для расчета внутренних контуров целесообразно использовать методику последовательной коррекции с подчиненным регулированием координат. В её основе лежит настройка контуров по быстродействию на так называемый модульный оптимум [2]. В результате получаются обычно простейшие КУ в виде типовых промышленных регуляторов (ПИД, ПИ и т.д.). Такие регуляторы удобны в настройке и эксплуатации.
Последний (главный) контур синтезируется с помощью выше упомянутого классического метода ЛЧХ. Благодаря перераспределению коррекции по всем контурам, регулятор основного (внешнего) контура также получается в виде простого легко настраиваемого активного или пассивного фильтра.
В настоящее время при проектировании и исследовании САУ широко используются специальные программно- вычислительные системы. Наиболее применяемой в области автоматики является среда MatLabс рядом своих приложений, в особенности, таких какControlSystemToolboxиSimulink[3]. Их использование значительно упрощает все рутинные расчеты и исключает вычислительные ошибки. Поэтому данные пакеты расширенияMatLabследует использовать на всех этапах проектирования, где это целесообразно.
В рамках курсового проектирования осуществляется синтез САУ согласно заданию кафедры, которая определяет как содержание, так и объем курсовой работы (КР). Решаемые при этом задачи преследуют учебные цели, которые в основном сориентированы на закрепление и расширение знаний студентов по теории автоматического управления, развитие навыков самостоятельной работы с технической литературой, практическое применение современных инженерных методов, в том числе ЭВМ, при разработке и исследовании реальных САУ.