Система автоматического управления

Автор: Пользователь скрыл имя, 16 Ноября 2012 в 15:18, курсовая работа

Описание работы

История Автоматики как отрасли техники тесно связана с развитием автоматов, автоматических устройств и автоматизированных комплексов. В стадии становления автоматики опиралась на теоретическую механику и теорию электрических цепей и систем и решала задачи, связанные с регулированием давления в паровых котлах, хода поршня паровых и частоты вращения электрических машин, управления работой станков-автоматов, АТС, устройствами релейной защиты.

Содержание

1 Введение 5
2 Актуальность выбранной темы 7
3 Характеристика объекта управления 8
4 Разработка функциональной схемы объекта управления 12
5 Разработка структурной схемы системы 14
6 Определение передаточной функции элементов САУ 17
7 Определение законов регулирования 18
7.1 Рассчитать АФЧХ для разомкнутой и замкнутой САУ 18
7.2 Рассчитать ЛФЧХ для разомкнутой и замкнутой системы 20
8 Выполнить анализ устойчивости системы по критериям Гурвица и Найквиста. Определить запасы устойчивости 22
9 Проанализировать зависимость статической ошибки от изменения управляющего воздействия на систему. Сделать вывод о характере этой зависимости 24
10 Оценить качества управления по переходным функциям 25
11 Заключение 28
12 Список используемой литературы

Работа содержит 1 файл

моя курсовая 3.doc

— 186.11 Кб (Скачать)

 

 

 

 

 

 

Исполнительное устройство представляет собой исполнительный механизм, который состоит из электродвигателя (Дв), редуктора (Р) и фрамуги (Ро). Входным сигналом для электродвигателя является напряжение Uy, выходным - угол поворота вала. Входной сигнал для редуктора - угол поворота вала, выходной сигнал — угол поворота вала редуктора. Входной сигнал для фрамуг - угол поворота вала редуктора, выходной сигнал - угол открытия задвижки.

Устройство местной обратной связи (УОС) выполнено в виде датчика переменного  сопротивления,  подвижный  контакт  которого  механически связан с валом редуктора. Входной сигнал для него является угол поворота вала редуктора, а выходной-напряжение местной ОС. Регулирующим органом (РО) является задвижка газа. Входной сигнал – угол поворота вала редуктора, выходной – угол поворота задвижки. На основании вышеизложенного, функциональная схема системы составлена следующим образом.


Q3      Uз           Uc             oU                  Uu             jдв              fр            fф        Q



                                                        Uвс


                                                                       Uд



Рисунок 2: Функциональная схема системы

 

 

 

 

 

 

 

  1.  Разработка структурной схемы.

 

 

Структурной схемой называется наглядное графическое изображение математической модели системы. При математическом описании систему разбивают на отдельные звенья направленного действия, передающие воздействия только в одном направлении – с входа на выход. На структурной схеме каждое звено изображается прямоугольником внутри которого записываются математические описания звена. Связи между звеньями структурной схемы изображаются линиями со стрелками, соответствующими направлению прохождения сигналов. Над линиями ставятся обозначения сигналов.

Составим структурную  схему САР температуры в котле. Для этого получим передаточные функции всех элементов системы.

  1. Уравнение котла как объекта управления:

                             [7] (1)

где , , .

 В нашем случае передаточная  функция системы по управляющему  воздействию: 

                                                          [7] (2)

Где , .

Передаточная функция  по возмущающему воздействию:

                                                            [7] (3)

Где , .

 

 


 

Аналогичным образом получим  передаточные функции остальных  элементов

  1. Датчик температуры


                      [7] (4)

Где ,

                           [7] (5)

Где ,

  1. Регулируемый орган

                                           [7] (6)

Где , угол поворота редуктора, угол открытия задвижки газа.

                                                 [7] (7)

Где

  1. Редуктор:

                                                 [7] (8)

Где =0,3

  1. Двигатель:

                         [7] (9)

Где =0,5; =0,02.

                                             [7] (10)

Где  =0,5; =0,02.

  1. Дифференциальный усилитель

                                    [7] (11)

Где =50.

 

 


;                                                           [7] (12)

                                                [7] (13)

                                                               [7] (14)

 

  1. Устройство ОС:

                                                               [7] (15)

Где =2

                                                     [7] (16)

                                                     [7] (17)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Определение передаточной функции элементов САУ (для замкнутой САУ и разомкнутой САУ)

 

 

Запишем передаточную функцию:

                                ( 18)

 

 

                                           (19)

 

Передаточная функция САР воды котла для разомкнутой системы:

 (20)

 

Передаточная функция  САР воды котла для замкнутой системы:

 

 

 

=

                           (21)


Подставив числовые значения получим передаточную функцию:

                                                        (22)

 

 

 

  1. Определение законов регулирования

 

 

7.1) Рассчитать  АФЧХ для САУ

Воспользуемся передаточной функцией (22)

где p заменим на j×w и получим следующее выражение:

                          (23)

 

Умножим числитель и знаменатель  на сопряженное значение знаменателя и получим выражение

где Re(w) и Im(w) – соответственно вещественная и мнимая части выражения для АФЧХ.

 

 

 

 

Тогда получаем:

                                              [7](24)

 

       (25)

Выражение для частотной характеристики


                                                             [7](26)

 

                                                                                [7] (27)

 

По этим выражениям, придавая значения от 0 до ∞, строим на комплексной плоскости АФЧХ системы  


Таблица 1: Расчетные данные

w

Re

Im

0

0,85995086

0

1

0,032156128

0,783146791

2

0,006949433

0,758680377

3

0,002597965

0,785332115

4

0,001237502

0,838514497

5

0,000678622

0,898530734

6

0,000409295

0,956623263

7

0,000264624

1,009562653

8

0,000180425

1,056563354

9

0,000128281

1,09784778

10

9,43483E-05

1,134001696

11

7,13532E-05

1,165693507

12

5,52365E-05

1,193559294

13

4,36152E-05

1,218162282

14

3,50293E-05

1,239984747

15

2,85515E-05

1,259433077

16

2,3574E-05

1,276847329

17

1,96872E-05

1,292511499

18

1,66085E-05

1,30666299

19

1,41387E-05

1,319500781

20

1,21346E-05

1,331192262

21

1,04916E-05

1,34187884

22

9,13193E-06

1,351680511

23

7,99717E-06

1,360699574

24

7,04272E-06

1,369023645

25

6,23416E-06

1,376728101

26

5,54469E-06

1,383878083

27

4,95316E-06

1,390530124

28

4,44281E-06

1,396733489

29

4,00019E-06

1,402531279

30

3,61442E-06

1,40796135

31

3,27668E-06

1,413057067

32

2,97971E-06

1,417847939

33

2,71755E-06

1,422360156

34

2,48525E-06

1,42661703

35

2,27868E-06

1,430639378

36

2,09437E-06

1,434445842

37

1,9294E-06

1,43805316

38

1,78131E-06

1,441476403

39

1,64799E-06

1,444729174

40

1,52764E-06

1,447823781


 

 

 


7.2) рассчитать ЛФЧХ для САУ

Логарифмеческие частотные характеристики (ЛЧХ) используются довольно часто для описания динамических параметров различных устройств. Существует два основных вида ЛЧХ, которые как правило, используются совместно и изображаются в виде графиков:

Формула для  построения ЛАЧХ:

L(ω)=20lgAвых(ω)                                                                        (28)

j(w) = arg(W(jw)),  [рад].                                                            (29)

 

На графике ЛАЧХ по оси абсцисс  откладывается частота в логарифмическом масштабе. Это означает, что равным величинам отрезков по оси ω соответствует кратные значения частоты. Для ЛЧХ кратность = 10.

L(w) = 20 lg |W(jw)| = 20 lg A(w),  [дБ];                                           [7](30)                         

По оси ординат откладывается значение L(ω) в обычном масштабе.

 

ЛФЧХ- логарифмическая ФЧХ. Представляет собой ФЧХ, у которой ось частоты ω проградуирована в логарифмическом масштабе в соответствии с ЛАЧХ. По оси ординат откладываются фазы ϕ.

ϕ=90-arctg(Aвых)                                                                      (31)

Единица измерения - частота 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2: Расчетные W

ϕ

Wc1

0,01108

Wc2

0,012903

Wc3

0,036832

Wc4

0,044444

wC1

0,453515




 

 

 

 


  1. Выполнить анализ устойчивости системы по критериям Гурвица и Найквиста. Определить запасы устойчивости.

 

 

Устойчивость-это свойство системы  возвращаться в исходный или близкий  к нему установившийся режим после снятия воздействия, вызвавшего выход из установившегося режима.  Неустойчивая система является не работоспособной, поэтому проверка устойчивости является обязательным этапом анализа системы.

Анализ устойчивости по критерию Гурвица.

Определим устойчивость САР температуры  воды котла. Для этого воспользуемся  передаточной функцией полученной в пункте 6 данного курсового проекта.

                                                          [7] (32)

Разомкнутая А(р)= =0

Составим матрицу для уравнения  разомкнутого контура:

 

Рассчитаем дельта для нашей  матрицы

∆1=90,25

∆2=6383,5

∆3=3304,968

∆4=-8070,78

Вывод: система не устойчива так как ∆4 является отрицательным.

 

 

 

Замкнутая D(p)=A(p)+B(p)                                                                     (33)

D(p)= (34)

Составим матрицу для уравнения  замкнутого контура:

 

Рассчитаем дельта для нашей  матрицы

∆1=90,25

∆2=6333,888

∆3=-16603

∆4=5678,226

Определение гурвица

Вывод: система неустойчива так как ∆3 является отрицательным

Анализ устойчивости по критерию Найквиста.

Этот критерий основан на использовании  амплитудно-фазовой частотной характеристики (АФЧХ) системы.

Определение найк

Воспользуемся результатами полученными  в п.7.1. проанализировав полученные данные сделаем вывод что наша система неустойчивая, потому что не

 

 

 

 

 


  1. Проанализировать зависимость статической ошибки от изменения управляющего воздействия на систему. Сделать вывод о характере этой зависимости.

 

 

При выполнении такого анализа используют передаточную функцию системы. Воспользуемся передаточной функцией (22) полученной ранее:

В статике р обращается в ноль, поэтому р=0. Подставим в нашу передаточную функцию р

                                              (35)

Рассматриваемая система имеет  статическую ошибку, пропорциональную изменению управляющего воздействия на систему. Из выражения для статической ошибки следует, что величина статической ошибки тем меньше, чем больше коэффициент передачи разомкнутой системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


  1.  оценить качества управления по переходным функциям.

 

Качество переходных процессов  в линейных системах обычно оценивают по переходным функциям.

Переходной функцией h(t) называется график изменения во времени управляемой (регулируемой) величины системы при подаче на систему единичного управляющего или возмущающего воздействий.

Информация о работе Система автоматического управления