Разработка регулятора для системы автоматического управления

Синтез пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора, обеспечивающего для замкнутой системы показатели точности и качества управления. Амплитудно-частотная характеристика, динамический анализ и переходный процесс скорректированной системы.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт кибернетики, информатики и связи

Кафедра кибернетических систем

специальность 220201.65 Управление и информатика в технических системах

(направление 220200 Автоматизация и управление)

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ Теория автоматического управления

ТЕМА. Разработка регулятора для системы автоматического управления

Выполнил

Канев Д.Д., группа УИТС09

Проверил:

доцент кафедры КС, к.т.н.

Паршуков А.Н.

Тюмень 2012



ЦЕЛЬ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Целью курсового проектирования является приобретение практических навыков расчета и компьютерного моделирования типовых локальных систем автоматического управления (САУ).



ЗАДАНИЕ

Дано: ПФ разомкнутой системы:

;

Требуется синтезировать ПИД регулятор (или последовательное корректирующее устройство) такой, что обеспечивал бы для замкнутой системы следующие показатели точности и качества управления:

С0, %	у, %	TР
0	20	3T1

здесь за T1 обозначена наибольшая постоянная времени объекта.

Варианты задания.

Номер варианта	Параметры передаточной функции
	K	T1	T2		T3
9	5	1,25	0,56	0,894	0,042

;



ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Анализ системы управления

1.1 Оценить устойчивость системы (при заданных параметрах элементов)

1.2 Выбрать необходимое значение коэффициента усиления разомкнутой системы по заданной точности системы, которая определяется С0

1.3 Исследовать устойчивость замкнутой системы методом логарифмических частотных характеристик разомкнутой системы (с выбранным коэффициентом усиления)

2. Синтез линейных САУ

2.1 Постановка задачи синтеза

2.2 Синтез ПИД регулятора методом Зиглера-Николса

3. Динамический анализ скорректированной системы

3.1 Исследовать устойчивость скорректированной замкнутой системы по логарифмическим характеристикам разомкнутой системы. Определить запасы устойчивости замкнутой системы

3.2 Построить переходный процесс скорректированной системы по управляющему воздействию. Определить прямые показатели качества переходного процесса

3.3 Построить амплитудно-частотную характеристику скорректированной замкнутой системы. Определить показатель колебательности. Оценить соответствие полученных показателей качества системы их заданным значениям

Заключение

Список использованных источников

регулятор автоматический интегральный частотный



ВВЕДЕНИЕ

Управление каким-либо объектом - это процесс воздействия на него с целью обеспечения требуемого течения процессов в объекте или требуемого изменения его состояния. Основой управления является переработка информации о состоянии объекта в соответствии с целью управления.

Объект управления может принадлежать как к неживой природе, в частности, быть техническим устройством (самолет, станок и т. п.), так и к живой природе (коллектив людей, животное и т. п.). В свою очередь само управление также может осуществляться как человеком, (пилот управляет самолетом), так и техническим устройством (самолетом управляет автопилот).

Управление, осуществляемое без участия человека, называется автоматическим управлением.

Целью выполнения курсовой работы является применение теоретических положений теории управления для структурного синтеза систем управления непрерывного действия на заданное качество регулирования.

Курсовая работа носит прикладной характер и в инженерной практике может быть использована на этапе анализа технического задания, выработки требований к структуре САР и параметров её динамических звеньев для обеспечения устойчивости работы с требуемыми показателями качества по быстродействию, точности и перерегулированию.



1. АНАЛИЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Оценить устойчивость системы (при заданных параметрах элементов)

Оценим устойчивость системы по критериям устойчивости Найквиста.

Критерий устойчивости Найквиста

Чтобы система в замкнутом состоянии была устойчивой необходимо и достаточно, чтобы при изменении щ от -? до +? годограф разомкнутой системы W(jщ) (АФХ), поворачиваясь вокруг начала координат по часовой стрелке, охватил точку (?1,j0) столько раз, сколько корней в правой полуплоскости содержит знаменатель W(jщ).

Примечания:

Если корней в правой полуплоскости нет, то годограф W(jщ) не должен охватить точку (?1,j0).

Неустойчивая система в разомкнутом состоянии может быть устойчивой в замкнутом состоянии. И наоборот.

Годограф W(jщ) всегда начинается на оси "+1". Но при порядке астатизма равном r, по причине устремления W(jщ) к ? (при щ>0), видимая часть годографа появляется только в квадранте r, отсчитанном по часовой стрелке.

Полюса передаточной функции.

-23,809523809523810

-1,594387755102040 + 0,804178585007560i

-1,594387755102040 - 0,804178585007560i

-0,799999999999999

Количество положительных полюсов ноль.

Из «Рисунок 1» следует, что число охватов годографом точки (?1,j0) равно нулю.

Рисунок 1. Годограф Найквиста нескорректированной системы.

Вывод: нескорректированная система устойчива.

1.2 Выбрать необходимое значение коэффициента усиления разомкнутой системы по заданной точности системы, которая определяется С0 . С0=0

h вх- h0= С0;

h0=1;

h0=K0/(1- K0)=1.

Выполнить это условие при заданной структуре системы невозможно т.к К0 стремится к бесконечности.

Чтобы решить эту задачу необходимо включить в систему интегрирующее звено, либо регулятор на ПИ или ПИД структуре.

В дальнейших расчетах будем использовать исходный коэффициент усиления.

1.3 Исследовать устойчивость замкнутой системы методом логарифмических частотных характеристик разомкнутой системы (с выбранным коэффициентом усиления)

Определение устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам.

Чтобы замкнутая система была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы сдвиг фазы на частоте единичного усиления разомкнутой системы W(jщ) не достигал значения ?180°.

Если система условно устойчивая, то при модулях больших единицы, фазовый сдвиг может достигать значения ?180° четное число раз.

Рисунок 2.ЛФЧХ нескорректированной системы.

Вывод: По «Рисунку 2» система устойчива, т.к ЛФХ не пересекает оси -180 градусов, при положительных значениях ЛАХ.



2.СИНТЕЗ ЛИНЕЙНЫХ САУ

2.1 Постановка задачи синтеза

По цели управления, данная система является системой стабилизации.

Рисунок 3.Переходный процесс нескорректированной замкнутой системы.

h0= 0,833;

hmax= 1,4;

у= 68%;

Tp= 25,4c;

По переходному процессу «Рисунок 3» видно, что система не удовлетворяет заданным параметрам, и нуждается в коррекции.

2.2 Синтез ПИД -регулятора методом Зиглера- Никольса

Теоретические сведения.

Эмпирический метод настройки Зиглера-Никольса. Задача обеспечения приемлемых динамических качеств замкнутой системы с помощью регуляторов, обеспечивающих типовые линейные алгоритмы управления (П-, ПИ- или ПИД-) устойчивыми объектами, параметры которых точно измерить не удается, может решаться другим методами. Один из них - эмпирический метод настройки параметров ПИД-регулятора Зиглера-Никольса. В этом случае результат можно получить, используя метод замкнутого контура Зиглера-Никольса. Ме...