Главная Коллекция "Revolution" Производство и технологии Анализ и оптимизация системы автоматического регулирования наземных транспортно-технологических комплексов

Анализ и оптимизация системы автоматического регулирования наземных транспортно-технологических комплексов

Оптимизация типичной линейной системы автоматического регулирования с использованием программного пакета моделирования VisSim. Построение структурно-аналитической модели САР. Оценка ее устойчивости. Определение настроечных параметров ПИ-регулятора.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 21.05.2017
Размер файла 871,4 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФБГ ОУ ВО РФ Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II (МГУПС (МИИТ)

Институт транспортной техники и систем управления

Кафедра "Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы"

Курсовая работа

по дисциплине: "Системы автоматического регулирования и управления наземных транспортно-технологических комплексов"

на тему: "Анализ и оптимизация системы автоматического регулирования"

Выполнил: ст. гр. ТНК-211

Акоджян Л.А.

Проверил: ст. преп. Власов Я.С.

Москва - 2016

Содержание

  • Введение
  • 1. Исходные данные
  • 2. Оценка устойчивости и стабилизация разомкнутой САР
  • 3. Стабилизация контура уменьшением коэффициента усиления усилителя
  • 4. Стабилизация изменением параметров усилителя и звена ОСН
  • 5. Предварительная коррекция замкнутой САР ДПТ "Волна В-0"
  • 6. Построение и анализ ЛАЧХ и ЛФЧХ
  • 7. Определение настроечных параметров ПИ-регулятора
  • 8. Оценка качества САР "Волна В-0"
  • Список используемой литературы

Введение

Цель работы: оптимизация типичной линейной системы автоматического регулирования (САР) с использованием программного пакета моделирования систем VisSim.

Задачи работы:

· анализ задания и исходных данных;

· описание принципа действия САР;

· построение структурно-аналитической модели САР;

· оценка устойчивости и стабилизация САР;

· оптимизация модели;

· оценка качества модели.

1. Исходные данные

Функциональная схема САР ЧВДПТ "Волна Вар_№№" приведена на рис. 1.

Рисунок 1 - Функциональная схема САР ЧВДПТ "Волна В 0": У - усилитель; ТП - тиристорный преобразователь; Г - генератор; ДПТ - двигатель постоянного тока; ТГ - тахогенератор; ОСН - гибкая обратная связь по напряжению. ДПТ - двигатель постоянного тока независимого возбуждения. ДПТ - объект управления, его выходная величина, частота вращения вала n должна соответствовать заданию. uз - напряжение задания, в соответствии с которым должна изменяться частота n вращения вала ДПТ. Мc - возмущающий момент силы, приложенный к валу ДПТ от той машины, которую он приводит в действие

Параметры элементов:

N - номер варианта (1)

У - усилитель моделируется апериодическим звеном с передаточной функцией

, (1)

ТП - тиристорный преобразователь моделируется апериодическим звеном с передаточной функцией.

2. Оценка устойчивости и стабилизация разомкнутой САР

Рисунок 2 - Проверка устойчивости разомкнутого контура САР ЧВ ДПТ "Волна В-0"

График переходной функции показывает, что разомкнутый контур неустойчив, поскольку его выходной сигнал представляет собой колебания с быстро увеличивающейся амплитудой. Для обеспечения выполнения необходимого условия практического применения критерия Найквиста, разомкнутую САР требуется стабилизировать.

3. Стабилизация контура уменьшением коэффициента усиления усилителя

Рисунок 3 - Разомкнутая, скорректированная САР на границе устойчивости

Коэффициент усиления усилителя уменьшен до 6.7 Переходная характеристика имеет колебательную компоненту, амплитуда которой сравнительно медленно увеличивается со временем. Разомкнутый контур еще не устойчив, но близок к критическому, граничному режиму.

Рисунок 4 - Разомкнутая, скорректированная САР с запасов устойчивости 6 дБ (коэф. усилителя = 3,2)

Переходная функция устанавливается на уровне 2,4, что говорит об устойчивости разомкнутого контура САР, но величина усиления ее контура в 2.4 (5.1 дБ) сравнительно мала. Желательно иметь усиление разомкнутого контура 10 ч 100 раз (20 ч 40 дБ), а запас устойчивости по амплитуде 2 ч 10 раз (6 ч 20 дБ). Таким образом, изменением только коэффициента усиления усилителя не удается получить удовлетворительных характеристик разомкнутого контура. Следовательно, требуется более глубокая стабилизация. автоматическое регулирование устойчивость моделирование

4. Стабилизация изменением параметров усилителя и звена ОСН

Рисунок 5 - Разомкнутая САР, 2-я коррекция на границе устойчивости

Как видно на рис., после второй коррекции, состоявшей в уменьшении в 16 раза постоянной времени звена ОСН, значение коэффициента усиления усилителя, при котором разомкнутый контур находится вблизи границы устойчивости, повысилось до 45.

Остается обеспечить запас устойчивости по амплитуде контура местной обратной связи путем уменьшения коэффициента усиления усилителя.

Окончательно стабилизированный разомкнутый контур САР ЧВ ДПТ "Волна В-0". Усиление усилителя уменьшено по сравнению с его значением в критическом режиме в 10 раз, со 50 до 5, т.е. на 20 дБ - это и есть запас устойчивости по амплитуде контура местной обратной связи. Результирующее усиление разомкнутого контура всей САР составляет примерно 10 единиц (20 дБ), что видно из установившегося значения переходной функции.

Рисунок 6 - Разомкнутая САР, 2-я коррекция, запас устойчивости 20 дБ

Итак, разомкнутая САР ЧВ ДПТ "Волна В-0" стабилизирована. Поэтому устойчивость замкнутой САР можно анализировать с помощью критерия Найквиста.

5. Предварительная коррекция замкнутой САР ДПТ "Волна В-0"

Проверим, окажется ли устойчивой замкнутая САР "Волна В-0", разомкнутый контур которой только что стабилизирован. Для этого замкнем обратную связь и проверим, как поведет себя переходная характеристика САР: устойчива, нет необходимости снижать колебательность.

Рисунок 7 - Замкнутая, предварительно скорректированная САР устойчива, колебательности нет

6. Построение и анализ ЛАЧХ и ЛФЧХ

Уменьшение усиления контура обеспечивается в схеме модели введением усилителя (gain) с усилением 0.3 = 1/3.5. Этот усилитель может рассматриваться как П-регулятор.

При безошибочной работе в установившемся режиме, отрабатывая единичную ступеньку, САР обеспечивала бы на выходе 1/0.041 = 24,3 об/сек, в то время, как полученная САР обеспечивает только 22 об/сек (рис. П 22). 0.023 - коэффициент усиления тахогенератора, установленного в обратной связи главного контура управления. Относительная ошибка регулирования составляет (50-35)/50 = 0.12 = 12 %.

Рисунок 8 - ЛАЧХ и ЛФЧХ

Т.е. оптимизация усиления контура не позволяет получить САР удовлетворительного качества. Поэтому следует провести более серьезную коррекцию САР на основе структурно-параметрической оптимизации. В данном случае это означает, что нужно ввести ПИ-регулятор в контур управления вместо П-регулятора и оптимизировать его настроечные параметры.

Рисунок 9 - Переходная характеристика предварительно скорректированной САР свидетельствует о сравнительно хорошем качестве переходного режима САР и о неудовлетворительном качестве ее работы в установившемся режиме

7. Определение настроечных параметров ПИ-регулятора

Задача оптимизации сводится к нахождению настроечных параметров ПИ-регулятора: постоянной времени и коэффициента усиления.

Переходные функции САР "Волна В-0" и ее объекта управления - ДПТ (значения увеличены в 10 раз). Некоторое уменьшение усиления ПИ-регулятора позволило уменьшить перерегулирование, в результате чего переходная функция САР попав в 10 % - процентный коридор уже из него не выходит. Формально это позволило уменьшить время регулирования. Двигатель под управлением САР начинает изменять частоту более плавно по сравнению с тем, когда на него непосредственно поступает ступенчатое приращение напряжения якоря, а время регулирования САР практически такое же, как и у ДПТ в автономной работе.

Рисунок 10 - САР "Волна В-0" с ПИ-регулятором

8. Оценка качества САР "Волна В-0"

Рисунок 11 - САР ЧВ ДПТ "Волна В-0" осуществляет слежение и стабилизацию

Совокупное воздействие на САР ЧВ ДПТ "Волна В-0" ступенчатых задания и возмущения. Возмущение задержано относительно задания на 6 сек. По переходной характеристике видно, что САР компенсирует возмущение примерно за 4 сек, с максимальной ошибкой в - 11 об/сек при величине возмущения в 10 Н·м.

Список используемой литературы

1. Лукас В.А. Теория автоматического управления. - М.: Недра, 1990. - 416 с.

2. Топчеев Ю.И., Цыпляков А.П. Задачник по ТАУ. М.: Машиностроение, 1977. - 592 с.

3. Брюханов В.Н. и др. Теория автоматического управления. - М: Высшая школа, 2000 г.

4. Официальный сайт фирмы Visual Solution: http://www.vissim.com/.

5. Клиначёв. Н.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ В ПРОГРАММЕ VisSim.

6. Федосов Б.Т. Задания и методические указания к выполнению курсовой работы по курсу ТАУ. Рудный, РИИ, 1996, - 32 с.

7. Федосов Б.Т. Оценка качества установившегося режима САР. 2003 г.

8. Федосов Б.Т. Экспресс-анализ и синтез объектов и систем управления. Маленькие и большие хитрости.

9. Федосов Б.Т., Клиначев Н.В. О построении области устойчивости линейной системы по некоторому параметру стандартными средствами программ математического моделирования. 2002 г.

10. Федосов Б.Т., Клиначев Н.В. Руководство к выполнению лабораторных работ по курсу ТАУ.

12. Клиначев Н.В. Теория автоматического управления Учебно-методический комплекс.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены