- •1. Сущность, фундаментальные принципы сау и сар.
- •2. Классификация сау и сар.
- •3.Энергетические установки как объекты автоматического регулирования
- •4.Основные схемы сар
- •7.Пропорциональные сар
- •2.4.2. Пропорционально-интегральные регуляторы
- •6.5.Программы и законы регулирования
- •6. Программы регулирования
- •5. Законы регулирования
- •8. Моделирование систем регулирования. Типовые динамические звенья.
- •9. Усилительное звено.
- •10. Апериодическое (инерционное).
- •12.Интегрирующие звенья, характеристики
- •11.Колебательные звенья, характеристики
- •13.Дифференцирующие и форсирующие звенья, характеристики.
- •14.Дифференциальное уравнение сар и их линеаризация.
- •15.Структурные схемы.
- •16.Соединения динамических звеньев.
- •17.Характеристический полином и характеристическое уравнение.
- •19.Частотные характеристики интегрирующих систем.
- •20.Частотные характеристики статических систем.
- •22.Чх систем с обратной связью
- •23. Типовые временные характеристики
- •24. Показатели качества переходной характеристики
- •25. Понятие устойчивости линеаризованных систем
- •27. Критерий Найквиста
- •28. Запасы устойчивости замкнутой системы
- •29. Передаточная функция и пространство состояний
- •30. Точность сар
- •33. Передаточная функция и ее связь с дифференциальным уравнением
- •31 Математическое описание линейных систем
- •32 Амплитудные и фазовые частотные характеристики
- •34 Классификация, принцип действия и устройство типовых регуляторов
- •35 Точность систем регулирования по задающим воздействиям
- •36 Точность систем регулирования по возмущающим воздействиям
- •37 Входные воздействия в виде ступенчатого сигнала, скачков скорости и ускорения, гармонического и стохастического сигналов
- •56. Синтез пи регуляторов
- •38 Устойчивость линейных сар
- •54. Управление неустойчивыми объектами.
- •55. Анализ пи регуляторов,
- •39 Критерий устойчивости (Гурвица)
- •40 Критерий устойчивости (Найквиста)
- •45. Методы анализа сар
- •46. Методы синтеза сар
- •59. Диаграмма Вышнеградского
- •44. Численные способы исследования сар
- •47. Основные задачи синтеза регуляторов
- •58. Метод корневого годографа
- •48. Методы повышения статической точности
- •53.Быстрый синтез систем управления методом логарифмических характеристик
- •49. Коэффициенты статических ошибок
- •50, 51 Статическое и астатическое сар.
- •50. Статическая сар. Статическая точность сар.
- •51. Астатическая сар. Динамическая точность сар.
- •52. Методы улучшения динамических параметров
- •26. Алгебраические критерии устойчивости линейных сау
- •Критерий устойчивости Гурвица. 1895 г.
8. Моделирование систем регулирования. Типовые динамические звенья.
Примеры типовых звеньев
Звеном системы называется ее элемент, обладающий определенными свойствами в динамическом отношении. Звенья систем регулирования могут иметь разную физическую природу (электрические, пневматические, механические и др. звенья), но описываться одинаковыми ДУ, а соотношение входных и выходных сигналов в звеньях описываться одинаковыми передаточными функциями.
В ТАУ выделяют группу простейших звеньев, которые принято называть типовыми. Статические и динамические характеристики типовых звеньев изучены достаточно полно. Типовые звенья широко используются при определении динамических характеристик объектов управления. Например, зная переходную характеристику, построенную с помощью самопишущего прибора, часто можно определить, к какому типу звеньев относится объект управления, а следовательно, его передаточную функцию, дифференциальное уравнение и т.д., т.е. модель объекта. Типовые звенья Любое сложное звено может быть представлено как соединение простейших звеньев.
К простейшим типовым звеньям относятся:
усилительное,
инерционное (апериодическое 1-го порядка),
интегрирующие (реальное и идеальное),
дифференцирующие (реальное и идеальное),
апериодическое 2-го порядка,
колебательное,
запаздывающее.
1) Усилительное звено.
Звено усиливает входной сигнал в К раз. Уравнение звена у = К*х, передаточная функция W(s) = К. Параметр К называется коэффициентом усиления.
Выходной сигнал такого звена в точности повторяет входной сигнал, усиленный в К раз.
у = K.x.
При ступенчатом воздействии h(t) = K.
Примерами таких звеньев являются: механические передачи, датчики, безынерционные усилители и др.
2) Интегрирующее.
2.1) Идеальное интегрирующее.
Выходная величина идеального интегрирующего звена пропорциональна интегралу входной величины:
; W(s) =
При подаче на вход звена ступенчатого воздействия x(t) = 1 выходной сигнал постоянно возрастает: h(t) = K.t.
Это звено астатическое, т.е. не имеет установившегося режима.
Примером такого звена может служить емкость, наполняемая жидкостью. Входной параметр – расход поступающей жидкости, выходной - уровень. Изначально емкость пуста и при отсутствии расхода уровень равен нулю, но если включить подачу жидкости, уровень начинает равномерно увеличиваться.
2.2) Реальное интегрирующее.
Передаточная функция этого звена имеет вид: W(s) = .
Переходная характеристика в отличие от идеального звена является кривой
h(t) = K.(t – T) + K.T.e-t/T.
Примером интегрирующего звена является двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, если в качестве входного воздействия принять напряжение питания статора, а выходного - угол поворота ротора. Если напряжение на двигатель не подается, то ротор не двигается и угол его поворота можно принять равным нулю. При подаче напряжения ротор начинает раскручиваться, а угол его поворота сначала медленно вследствие инерции, а затем быстрее увеличиваться до достижения определенной скорости вращения.
3) Дифференцирующее.
3.1) Идеальное дифференцирующее.
Выходная величина пропорциональна производной по времени от входной:
; W(s) = K*s
При ступенчатом входном сигнале выходной сигнал представляет собой импульс (-функцию): h(t) = K.(t).
3.2) Реальное дифференцирующее.
Идеальные дифференцирующие звенья физически не реализуемы. Большинство объектов, которые представляют собой дифференцирующие звенья, относятся к реальным дифференцирующим звеньям, передаточные функциикоторыхимеют вид: W(s) = .
Переходная характеристика: .
Пример звена: электрогенератор. Входной параметр – угол поворота ротора, выходной – напряжение. Если ротор повернуть на некоторый угол, то на клеммах появится напряжение, но если ротор далее не вращать, напряжение снизится до нуля. Резко упасть оно не может вследствие наличия индуктивности у обмотки.
4) Апериодическое (инерционное).
Этому звену соответствуют ДУ и ПФ вида:
;
W(s) = .
Определим характер изменения выходной величины этого звена при подаче на вход ступенчатого воздействия величины х0.
Изображение ступенчатого воздействия: X(s) = . Тогда изображение выходной величины:
Y(s) = W(s) X(s) = = Kx0 .
Разложим дробь на простые:
Оригинал первой дроби по таблице: L-1{ } = 1, второй:
L -1{ } = .
Тогда окончательно получаем: y(t) = Kx0 (1 - ).
Постоянная Т называется постоянной времени.
Большинство тепловых объектов являются апериодическими звеньями. Например, при подаче на вход электрической печи напряжения ее температура будет изменяться по аналогичному закону.
5) Звенья второго порядка
Звенья имеют ДУ и ПФ вида
,
W(s) = .
При подаче на вход ступенчатого воздействия амплитудой х0 переходная кривая будет иметь один из двух видов: апериодический (при Т1 2Т2) или колебательный (при Т1 < 2Т2).
В связи с этим выделяют звенья второго порядка:
апериодическое 2-го порядка (Т1 2Т2),
инерционное (Т1 < 2Т2),
консервативное (Т1= 0).
6) Запаздывающее.
Если при подаче на вход объекта некоторого сигнала он реагирует на этот сигнал не моментально, а спустя некоторое время, то говорят, что объект обладает запаздыванием.
Запаздывание – это интервал времени от момента изменения входного сигнала до начала изменения выходного.
Запаздывающее звено – это звено, у которого выходная величина у в точности повторяет входную величину х с некоторым запаздыванием :
y(t) = x(t - ).
Передаточная функция звена:
W(s) = e-s.
Примеры запаздываний: движение жидкости по трубопроводу (сколько жидкости было закачано в начале трубопровода, столько ее выйдет в конце, но через некоторое время, пока жидкость движется по трубе), движение груза по конвейеру (запаздывание определяется длиной конвейера и скоростью движения ленты) и т.д.