3.Методические указания к работе над заданием

3.1Основные этапы выполнения работы:

Разработка САР состоит в выполнении этапов, описанных в основной части ПЗ:

Э1 - анализ задания и синтез варианта функциональной схемы САР на основе общих представлений о работе регулируемого электротехнического объекта, изучение литературы;

Э2 - разработка математической модели линеаризованного объекта управления, а также её применение для анализа поведения системы методом численного интегрирования;

Э3 – получение передаточных функций управляемого объекта, других частей САР, построение её структурной схемы с учетом управляющего и возмущающего воздействий;

Э4 – построение частотных характеристик САР; анализ устойчивости замкнутой САР;

Э5 – анализ точности САР, определение необходимого вида корректирующих устройств;

Э6 - оценивание качества переходного процесса в синтезированной САР и параметров всей системы в целом, оформление результатов.

По согласованию с преподавателем некоторые этапы могут быть сокращены.

 

3.2 Методические указания к выполнению отдельных этапов работы

Курсовая работа выполняется в течение семестра параллельно с выполнением лабораторных работ по данной дисциплине, поэтому рекомендуется в качестве исходных данных к лабораторным работам использовать параметры задания курсовой работы, а при вычислениях и построении характеристик пользоваться программной системой MatLab, используемой также при выполнении лабораторных работ.

Э1,Э2. Прежде всего, требуется получить достаточно адекватное описание функционирования объекта управления в виде системы дифференциальных уравнений. Типовые математические описания электротехнических объектов можно найти в литературе [8, 9, 10]. В начале составляется наиболее подробное и полное описание, которое возможно учитывает все особенности нелинейной модели. Затем должна быть произведена линеаризация объекта управления, которая производится для тех параметров объекта, которые следует считать номинальными, т.е. соответствуют рабочему режиму объекта, который следует стабилизировать средствами САР. В конечном итоге объект должен получить описание в виде системы обыкновенных линейных дифференциальных уравнений 2-го – 3-го порядка. Этап 2 прорабатывается при выполнении лабораторной работы № 1.

освещены в [5, 6, 7].

Э3. Передаточная функция объекта управления должна быть получена в результате применения преобразования Лапласа к уравнениям, полученным на предыдущем тапе. Для качественного анализа САР обычно необходимо получить две передаточных функции объекта: по управляющему воздействию и по возмущению. Это связано с тем, что указанные виды воздействий имеют разную физическую природу и, соответственно, разное влияние на выходную регулируемую величину. Во многих случаях для получения этих передаточных функций приходится производить отдельные процедуры линеаризации дифференциальных уравнений. После линеаризации передаточная функция объекта получается в виде отношения изображений выходного сигнала ко входному. При наличии передаточной функции высокого порядка следует произвести её упрощение за счет исключения из рассмотрения малых постоянных времени. В случае тиристорного управления асинхронным двигателем необходимо учесть чистое временное запаздывание, которое возникает в данном типе регулятора.

При наличии описания передаточных функций объекта в литературе [5, 6, 7, 10] её можно использовать в готовом виде, однако в этом случае на предыдущем этапе следует решить «обратную задачу», т.е. показать, как данная передаточная функция получена из исходного описания объекта в виде системы дифференциальных уравнений. Этап 3 прорабатывается при выполнении лабораторной работы № 2.

Э4. Построение частотных характеристик выполняется как в линейном, так и в логарифмическом масштабе. На данном этапе строятся амплитудно-частотная и фазово-частотная характеристика разомкнутой системы автоматического регулирования. Т.е. эти характеристики строятся на основе передаточной функции объекта управления по управляющему воздействию с учетом датчика обратной связи, сигнал с которого будет поступать на регулятор.

На основе построенных логарифмических амплитудной и фазовой частотных характеристик выполняется анализ устойчивости замкнутой системы. Однако, для закрепления знаний о критериях устойчивости САР, полученных в ходе изучения дисциплины, следует также выполнить анализ устойчивости системы с помощью алгебраического критерия Гурвица, а также одного из частотных критериев: Михайлова или Найквиста, для применения которого используется построение частотного годографа на комплексной плоскости.

Вывод об устойчивости замкнутой системы служит основной для синтеза корректирующего устройства на этапе 6. Очевидно, что в случае неустойчивой системы это устройство должно обеспечить устойчивость. Если устойчивость замкнутой системы обеспечена и при отсутствии корректирующего устройства, то задачей коррекции становится обеспечение должных запасов устойчивости.

При построении частотных характеристик и анализе устойчивости можно использовать литературу [5, 6, 7].

Этап 4 прорабатывается при выполнении лабораторной работы № 3.

Э5. Анализ точности САР выполняется с целью установления максимально возможного значения установившейся ошибки, которая возникают при действии типовых управляющих воздействий: для статической системы это будет ступенчатый входной сигнал с заданной амплитудой, а для системы с астатизмом первого порядка – линейно изменяющийся сигнал с заданной скоростью. Эти значения вычисляются с использованием построенной заранее передаточной функции замкнутой САР по ошибке и с применением теоремы о конечном значении в преобразовании Лапласа [ 5, 6].

Также должна быть определена и установившаяся ошибка при воздействии возмущающего сигнала, для которого строится отдельная передаточная функция замкнутой системы по ошибке.

Место и характер возмущающего (дестабилизирующего) воздействия зависит от типа объекта: для двигателя это обычно возмущающий момент, который прикладывается к его выходному валу, а для генератора – переменное сопротивление нагрузки. Рассматривая возмущение в виде типового гармонического сигнала с заданной амплитудой также получают амплитуду сигнала ошибки х(t) на входе регулятора (рис.1) [ 6 ].

Качественной по точности можно считать САР, если установившаяся ошибка составляет не более 5 – 10 % от номинального значения выходного сигнала (сигнала обратной связи). Неудовлетворительное значение амплитуды или установившейся постоянной ошибки также как и малые запасы устойчивости являются показаниями к введению в систему корректирующего устройства.

В курсовой работе используется последовательное корректирующее устройство, структура и параметры которого определяются методом логарифмических частотных характеристик. Обычно достаточно рассмотреть три варианта типовых корректирующих устройств: дифференцирующий, интегрирующий и интегро-дифференцирующий фильтры. Их параметры находят, используя логарифмическую амплитудно-частотную характеристику фильтра, полученную как разность желаемой и располагаемой логарифмических амплитудно-частотных характеристик. Этап 5 прорабатывается при выполнении лабораторной работы № 5.

Э6. При оценке качества синтезированной САР желательно применить насколько возможно полную (не линеаризованную и не упрощенную) модель объекта управления. Результатом этапа должно быть построение графиков переходных процессов в системе при стандартных входных воздействиях. Для статических систем таким воздействием будет единичная ступенчатая функция с заданной амплитудой, для САР с астатизмом первого порядка – линейно изменяющийся входной сигнал с заданной скоростью. При выполнении шестого этапа используют приёмы и инструментальные средства, освоенные при выполнении первой лабораторной работы.

При оформлении графической части курсовой работы и пояснительной записки необходимо использовать единую систему обозначений документов по ГОСТ [4]. Каждое обозначение представлено в следующем формате:

К7.004.0ХХ.УУ ,

где ХХ - порядковый номер студента по списку в группе,

YY - стандартное обозначение документа:

функциональная электрическая схема: Э2;

структурная схема: Э1;

временные диаграммы и частотные характеристики: ТЧ;

пояснительная записка: ПЗ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ГОСТ 2.701-84 ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.

2. ГОСТ 19.701-90 ЕСПД. Структурные схемы систем автоматического управления. Условные обозначения и правила выполнения.

3. ГОСТ 23264-78 . Машины электрические малой мощности. Условные обозначения.

4. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД – М.: Издательство стандартов, 1989 – 325с.

5. Болнокин В.Е., Чинаев П.И. Анализ и синтез систем автоматического управления на ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1986.

6. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1975. - 768 с.

7. Фельдбаум А.А. Электрические системы автоматического регулирования. – М., 1957.

8. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины, ч.2, «Энергия», М.- Л., 1965, 704 с.

9. Кетков Ю.Л., Кетков А.Ю., Шульц М.М. MatLab 6.x.: программирование численных методов, СПб.: БХВ-Петербург, 2004, 672 с.

10. Сухинин Б.В., Ловчаков В.И. Оптимальное управление электротехническими объектами: Учеб. пособие для вузов / В.И. Ловчаков, Б.В. Сухинин, В.В.Сурков; ТулГУ. – Тула, 2004. – 149 с.

10