Занятие № 4 Тема: "Исследование точности стабилизации в различных типовых режимах"

Цель: получить величину установившейся ошибки стабилизации различных типовых режимах. Исследовать различные способы повышения точности.

В качестве типовых будем рассматривать режимы стабилизации:

Р1: при постоянном возмущающем моменте ( н*м);

Р2: при моменте, меняющемся по линейному закону ( н*м/с);

Р3: при моменте, меняющемся по закону ( н*м/с²).

Оценку точности будем производить по величине установившейся ошибки стабилизации. С этой целью, задавая для различных режимов различные законы изменения возмущающего момента, по переходному процессу для переменных определяем величину установившейся ошибки для угла отклонения . Величину ошибки следует определять в режиме "Моделирование" по "Таблице результатов". При этом надо помнить, что точного нуля в силу вычислительных ошибок, обусловленных, в частности дискретностью методов интегрирования, переменная достичь не может в принципе. Поэтому признаком того, что установившаяся ошибки равна нулю, могут служить “малые колебания” переменной вокруг нуля.

Способы повышения точности:

"Запрограммируйте" режим, при котором исходная система имеет ненулевую, но конечную установившуюся ошибку.

1. Выясните, как влияет на величину установившейся ошибки величина коэффициентов регулятора . Для этого увеличьте оба коэффициента в целое число раз, оставаясь в области устойчивости, получите величину ошибки и сравните с ее прежним значением.

2. Изменим структуру системы. Введем в закон управления интегральную составляющую:

Схемно это реализуется дополнением исходной схемы новым элементом, приведенным на рисунке

Рис. 5.Система стабилизации с ПИД регулятором

Выясните влияние нового звена на величину установившейся ошибки. Коэффициент возьмите равным 1. Заполните третий столбец таблицы. Аналогично исследуйте закон управления

,

соответствующих схеме П2ИД регулятора при .

ЗАДАНИЕ:

1 "Запрограммировать" и запомнить на диске отдельно схемы СУС с ПИД и П2ИД регуляторами.

2. Промоделировать процесс стабилизации в трех режимах, меняя блок , для каждой из трех схем; для исходной системы и для систем с ПИД и П2ИД регуляторами. По результатам моделирования заполнить таблицу, в которой указать величину установившейся ошибки для переменной ;

	Исходная система с ПД регулятором	Система с ПИД регулятором	Система с П2ИД регулятором
Режим Р1
Режим Р2
Режим РЗ

3. Исследуйте влияние дополнительных составляющих регулятора на быстродействие системы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Что такое точность САУ. Понятие динамической и установившейся ошибки САУ.

2. Способы повышения точности САУ.

3. Как зависит быстродействие системы от типа регулятора.

Занятие № 5 Тема: "Исследование динамики нелинейной сау"

Цель: исследование динамики СУС с учетом нелинейных характеристик исполнительных устройств (ИУ).

В предыдущих работах предполагалось, что управляющий момент воспроизводится исполнительными устройствами абсолютно точно, т.е. их характеристики считались линейными и неограниченными. Для реальных ИУ такие предположения не всегда правомерны. Так реальная характеристика РД - реле с зоной нечувствительности (рис. 6) , а для инерционных маховиков - характеристика типа “насыщения” (рис. 7).

Рис.6. Характеристика РД Рис.7. Характеристика ИМ

В этих условиях динамика объекта может существенно измениться. Выясним, как влияют "нелинейности" на процесс стабилизации. С этой целью введем в структурную схему СУС КА новый элемент.

Рис.8. Структурная схема СУС с моделью ИУ

В качестве характеристики ИУ можно воспользоваться типовыми блоками пакета Vissim. При определении их параметров следует руководствоваться следующими соображениями:

- максимальная величина моментов в характеристиках на рис.6,7 равна единице;

- зона нечувствительности реле (рис.6) - отсутствует;

- коэффициент угла наклона характеристики на рис.7 - единица.

Исследование динамики процесса в этих условиях следует проводить как по временным зависимостям, так и по фазовым траекториям. Для их получения после просчета, в режиме "Моделирование"\ "Граф" назначить переменную в дли вывода по оси Ох, а переменную для вывода по оси Оу (в свойствах графика поставить галочку напротив пункта “XY Plot X axis”). При этом на экране будет построена фазовая траектория процесса. Обратите внимание на возможность появления автоколебаний. Подбором параметров нелинейного элемента как правило можно добиться их появлении. В этом случае по фазовым траекториям можно оценить их амплитуду по обеим переменным, а по таблице результатов - их период.

ЗАДАНИЕ:

1. Построить и сохранить на диске две структурные схемы: с характеристикой ИУ типа РД (рис.6) - схема 1 и типа ИМ (рис.7)- схема 2.

2. Построить и зафиксировать в отчете фазовые траектории процесса стабилизации для обеих схем. Моделирование проводить с оптимальными коэффициентами регулятора на большом интервале времени (до 1000 с).

3. Для схемы 1 подбором параметров нелинейного звена добиться автоколебаний (если в исходном варианте они отсутствовали) или добиться их отсутствия (если в исходном варианте они имели место). Сделать выводы о влиянии параметров РД на автоколебания.

4. Определить и зафиксировать в отчете амплитуду и период автоколебаний.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Что такое автоколебания, их параметры. Условия их возникновения.

2. Методы исследования автоколебаний.

Приложение

Таблица исходных данных для СУС

№
1	1445	4.1	40.5	20.4	0.144
2	1445	4.1	40.5	18.6	0.144
3	1445	4.1	40.5	16.4	0.144
4	1445	4.1	40.5	14.8	0.144
5	1445	4.1	40.5	14.8	0.243
б	1445	4.1	40.5	14.8	0.100
7	1445	4.1	40.5	14.8	0.340
8	1445	4.1	30.5	14.8	0.243
9	1445	4.1	50	14.8	0.243
10	1445	4.1	25.6	14.8	0.243
11	1445	4.1	55	14.8	0.243
12	1445	4.1	49.5	14.8	0.243
13	1445	4.1	61.2	14.8	0.243
14	1445	4.1	38.4	14.8	0.243
15	1445	4.1	33.3	14.8	0.243
16	1445	4.1	43.5	14.8	0.243
17	1445	4.1	54.6	14.8	0.243
18	1445	4.1	43.9	14.8	0.243
19	1445	4.1	37.7	14.8	0.243
20	1445	4.1	36.3	14.8	0.243
21	1445	4.1	41.5	14.8	0.243