Система автоматичного регулювання температури в електропечі
Складання структурної схеми та визначення загальної передавальної функції системи автоматичного регулювання температури в електропечі. Методи корекції системи автоматичного керування (САК). Складання структурної схеми цифрової САК, аналіз її якості.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 01.06.2015 |
| Размер файла | 494,1 K |
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/
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДВНЗ "КРИВОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ"
Кафедра інформатики автоматики та систем управління
Курсова робота
з курсу "Теорія автоматичного керування"
на тему:
"Система автоматичного регулювання температури в електропечі"
Студента ІІІ курсу СУА - 12
напряму підготовки 6.050201 системна
інженерія
спеціальності Комп'ютеризовані системи
управління та автоматика
Бондар І.Ю.
Керівник доц., к. т. н. Рубан С.А.
м. Кривий Ріг - 2015
Зміст пояснювальної записки
- Вступ
- Завдання
- 1. Дослідження вихідної САК
- 1.1 Опис роботи схеми
- 1.2 Опис елементів схеми
- 1.3 Складання структурної схеми та визначення загальної передавальної функції системи
- 1.4 Розрахунок часових та частотних характеристик системи
- 1.5 Розрахунок ЛАЧХ розімкненого контуру САК
- 1.6 Аналіз стійкості САК
- Висновки до першого розділу
- 2. Синтез САК
- 2.1 Обґрунтування вибору типових регуляторів або методу синтезу САК для забезпечення заданих показників якості керування.
- 2.2 Дослідження САК з типовими регуляторами (П, ПІ, ПІД)
- 2.3 Корекція системи автоматичного керування методом бажаної ЛАЧХ
- 2.4 Розрахунок часових та частотних характеристик скорегованої системи
- 2.5 Аналіз якості скорегованої САК
- Висновки до другого розділу
- 3. Дослідження та синтез цифрової САК
- 3.1 Визначення дискретних передавальних функцій та різницевих рівнянь елементів системи
- 3.2 Складання структурної схеми цифрової САК
- 3.3 Синтез цифрового корегуючого пристрою
- 3.4 Аналіз якості цифрової САК
- Висновки до третього розділу
- Висновок
- Список використаних джерел
Вступ
Теорія автоматичного управління і регулювання - наука, яка вивчає процеси управління, методи їх дослідження та основи проектування автоматичних систем, що працюють по замкнутому циклу, в будь-якій області техніки. Об'єкти і пристрої систем регулювання відрізняються по своїй фізичній природі і принципам побудови, тому проектувальнику необхідно не тільки мати хорошу підготовку в галузі механіки, електротехніки, електроніки, але й уміти враховувати специфічні особливості об'єкта.
Впровадження автоматизації сприяє безаварійної роботи обладнання, значно знижує випадки травматизму, попереджає забруднення навколишнього середовища.
Автоматичне управління представляє сукупність впливів, спрямованих на здійснення функціонування об'єкта управління відповідно до наявної програмою або метою управління, і виконується за допомогою автоматичних керуючих пристроїв.
При вивченні процесів управління в ТАК абстрагуються від фізичних та конструктивних особливостей систем і замість реальних систем розглядають їх адекватні математичні моделі, тому основним методом дослідження в ТАК є математичне моделювання.
автоматичне регулювання температура цифрова
Завдання
Система автоматичного регулювання температури в електропечі.
|
Значення параметрів |
||
|
Ку1 |
4 |
|
|
Ку2 |
2.4 |
|
|
Ку3 |
2.4 |
|
|
Ктп |
9.6 |
|
|
Ттп |
0 |
|
|
Ки |
5.6 |
|
|
Ти |
180 |
|
|
Кп |
0.88 |
|
|
Тп |
660 |
|
|
Кт1 |
0.8 |
|
|
Тт1 |
3,6 |
|
|
Кт2 |
3.2 |
|
|
Тт2 |
7.2 |
1. Дослідження вихідної САК
1.1 Опис роботи схеми
Дана система автоматичного регулювання температури в електропечі складається з електропечі, нагрівального елементу, датчика температури, порівняльно-підсумовуючого пристрою, елементу гнучкого зворотнього зв'язку (ГГЗ), тиристорного перетворювача (який виконує функцію керуючого пристрою в даній схемі) та дільника. Кожен з вказаних елементів виконує в САР певну функцію. У заданій САР об'єктом регулювання є електропіч. Регульованою величиною в даній САР є температура. САР являє собою систему регулювання за відхиленням. Послідовно увімкнений порівняльно-підсумовуючий пристрій (ППП) забезпечує необхідні показники якості регулювання САР.
Необхідна температура в електропечі задається за допомогою задаючого пристрою (ЗП), сигнал з якого надходить на ППП. В свою чергу ППП крім сигналу з ЗП сприймає сигнали від датчика температури ДТ і елементу ГЗЗ, перетворюючи їх так, щоб на тиристорний перетворювач було подано напругу, за допомогою якого ТП регулює величину напруги що подається на нагрівальний елемент об'єкта керування (ОК).
1.2 Опис елементів схеми
Математичний опис елементу:
де U1 - напруга на вході ТП;
U2 - напруга на виході ТП;
KТП - коефіцієнт передачі ТП;
ТТП - постійначасу ТП.
Передавальна функція елементу:
Передавальна функція елементу. Тиристорний перетворювач (ТП)
1.3 Складання структурної схеми та визначення загальної передавальної функції системи
Функціональна схема (рис.1.1) - схема, що роз'яснює певні процеси, що відбуваються у певних функціональних ланцюгах виробу (устаткування) чи у виробі (устаткуванні) в цілому.
Рисунок 1.1 - Функціональна схема САР:
ППП - Порівняльно-підсумовуючий пристрій;
ДТ - датчик температури;
ТП - тиристорний перетворювач;
ЕГГЗ - елемент гнучкого зворотнього зв'язку;
Д - ділитель;
ОК - об'єкт керування (електропіч).
Структурна схема САР (рис. 1.2) - схема, яка визначає основні функціональні частини виробу, їх взаємозв'язки та призначення. Під функціональною частиною розуміють складову частину схеми.
Рисунок 1.2 - Структурна схема САР.
Визначення загальної передавальної функції системи (рис. 1.3 - рис 1.5):
Рисунок 1.3 - Спрощення структурної схеми.
Рисунок 1.4 - Спрощення структурної схеми.
Рисунок 1.5 - Спрощення структурної схеми.
Отже, загальна передавальна функція:
де W2(p)=Wтп(р)*Wок(р)/(Wтп(р)*Wок(р))*Wегзз(р)*Ky3
W2(p)=W1(р)/W1(р)*Wдт(р)*Ky2
1.4 Розрахунок часових та частотних характеристик системи
Для оцінювання динамічних властивостей ланок використовують часові та частотні характеристики. До часових характеристик належать перехідна функція та імпульсна перехідна функція.
Розрахунок передавальних функцій елементів схеми у MATLAB:
>> Ky1=4;
>> Ky2=2.4;
>> Ky3=2.4;
>> Ktp=9.6;
>> Ttp=0;
>> Ki=5.6;
>> Ti=180;
>> Kp=0.88;
>> Tp=660;
>> Kt1=0.8;
>> Tt1=3.6;
>> Kt2=3.2;
>> Tt2=7.2;
>> p=tf ('p');
>> Wtp = tf (Ktp, [Ttp 1]);
>> Wegzz=tf ( (Kt2*Tt2*p) / (Tt2*p+1));
>> Wdt=tf (Kt1/ (Tt1*p+1));
>> Wok=tf (Ki*Kp/ ( (Ti*p+1) * (Tp*p+1)));
>> W1=feedback (Wtp*Wok,Ky3*Wegzz);
>> W2=feedback (W1,Ky2*Wdt);
>> Wzag=W2*Ky1*Kp
Перехідну функцію можна визначити за допомогою команди step (Wzag) (рис.1.6):
Рисунок 1.6. - Перехідна функція схеми
Одинична імпульсна функція (рис. 1.7) - похідна від одиничної ступінчастої функції: >> impulse (Wzag)
Рисунок 1.7 - Імпульсна перехідна функція схеми.
Діаграма Найквіста, також амплітудно-фазова частотна характеристика (АФХ) (рис. 1.8) - це відношення вихідної величини системи до вхідної при умові, що вхідна величина змінюється за гармонічним законом при зміненні частоти сигналу від 0 до . >>nyquist (Wzag)
Рисунок 1.8 - Амплітудно-фазова частотна характеристика.
Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) - графік залежності амплітуди вихідного сигналу передавача від частоти вхідного сигналу сталої амплітуди.
Фазо-частотна характеристика (ФЧХ) - це зсув фази вихідного сигналу по відношенню до вхідного синусоїдного сигналу як функція частоти. На кожній досліджуваній частоті зсув фази можна визначити за синусоїдними сигналами на вході та виході чотириполюсника. (рис. 1.9). bode (Wzag):
Рисунок 1.9 - АЧХ та ФЧХ.
Логарифмічна амплітудно-фазова частотна характеристика (ЛАФЧХ) - представлення частотного відгуку лінійної стаціонарної системи в логарифмічному масштабі.
Побудуємо ЛАЧХ і ЛФЧХ за допомогою команди bode (Wzag) (рис. 1.10):
Рисунок 1.10 - ЛАЧХ та ЛФЧХ.
1.5 Розрахунок ЛАЧХ розімкненого контуру САК
Передавальна функція розімкненого контуру САР обчислюється за формулою:
В середовищі MATLAB цю функцію можна записати так:
>> Wroz = feedback (Wzag, - 1);
За знайденою передавальною функцією розімкненого контуру системи можна визначити нулі та полюси. Нулі - корені чисельника передавальної функції. Полюси - корені знаменника передавальної функції. За допомогою команд zero (Wroz), pole (Wroz) та pzmap (Wroz) можна визначити полюси та нулі функції та побудувати їх на комплексній площині (рис.1.11).
>> zero (Wroz)
ans = - 0.2778
0.1389
>> pole (Wroz)
ans =-0.2804
0.1083
0.0508
0.0157
>> pzmap (Wroz)
Рисунок 1.11 - Полюси та нулі функції на комплексній площині.
Побудуємо ЛАЧХ та ЛФЧХ розімкненого контуру САР (рис.1.12). ЛАФЧХ будується у вигляді двох графіків: логарифмічної амплітудно-частотної характеристики і фазо-частотної характеристики, які зазвичай розташовуються один під одним.
Рисунок 1.12 - ЛАЧХ та ЛФЧХ розімкненого контуру САР.
1.6 Аналіз стійкості САК
Необхідна і достатня умова стійкості полягає в тому, щоб всі корені характеристичного рівняння (полюси передавальної функції системи) мали негативні дійсні частини. Інакше кажучи, умовою стійкості системи є розташування всіх полюсів в лівій комплексній півплощині. Тоді все полюси даватимуть загасаючу реакцію. Частотні критерії стійкості дозволяють оцінювати стійкість САК за виглядом їх частотних характеристик. Ці критерії є графоаналітичними і отримали широке застосування, оскільки дозволяють достатньо легко досліджувати стійкість систем високого порядку, а також мають достатньо просту геометричну інтерпретацію та наочність.
Основне формулювання критерію Найквіста є справедливим для систем, які в розімкненому стані є стійкими: система автоматичного керування є стійкою, якщо амплітудно-фазова характеристика Wр (j) розімкненого контуру не охоплює точку з координатами (-1, j0).
Для судження про стійкість систем, які мають АФХ складної форми, коли характеристика перетинає дійсну вісь лівіше точки (-1, j0) декілька разів, можна використовувати правило переходів, сформульоване Я.З. Ципкіним:
Дослідження стійкості виконаємо за критерієм Найквіста в середовищі Matlab використовуючи команду nyquist (рис 1.14): >> nyquist (Wroz)
Рисунок 1.14. - Амплітудно-фазова характеристика (АФХ).
Використовуючи правила переходів за Ципкіним система також є стійкою. АФХ охоплює точку з координатами (-1, j0) та різниця між числом додатних і від'ємних переходів рівна l/2. Отже, система розімкненому стані є стійкою.
Також є можливість визначення запасів стійкості системи управління. Запас стійкості характеризують двома показниками: запаси стійкості по амплітуді і запаси стійкості по фазі:
- по амплітуді, це величина, на яку ще треба збільшити коефіцієнт передачі системи, щоб вона досягла межі стійкості;
- по фазі, це кут, на скільки зсув по фазі не досягає критичного кута (-1800), коли система стає нестійкою.
Визначимо запаси стійкості за амплітудою та за фазою (рис.1.15):
>> bode (Wroz)
Рисунок 1.15. - Запаси стійкості по амплітуді і по фазі
1.7 Аналіз якості САК
Основними прямими показниками якості регулювання є наступні:
1. Час перехідного процесу-негативний час, при якому перехідний процес по вихідний координаті досягає 5% зони від стійкого значення.
2. Перерегулювання - це відсоткове співвідношення різниці максимального перерегулювання і сталого значення:
· tр - час регулювання - час, по закінченні якого відхилення h (t) перехідної характеристики від сталого значення yуст стає й залишається менше заданої величини ?=0.05 від yуст. Визначає швидкодію САК.
· tу - час установлення - це час, за який h (t) уперше досягає сталого значення yуст Визначає швидкість відпрацьовування вхідного впливу.
· у - перерегулювання, визначається за виразом:
· щ0 - частота коливань (для коливальних процесів) щ0 = 2 р/ T0
За перехідною характеристикою h (t) замкнутої системи можна визначити прямі показники якості. (рис. 1.16):
Рисунок 1.16. - Перехідна характеристика системи.
Так як, процес є аперіодичним, то перерегулювання становитиме: = 16.2%.
Показники якості можна визначити у пакеті MATLAB, за допомогою команди "stepinfo":
>> stepinfo (Wzag)
ans =
RiseTime: 54.1656 - наростання;
SettlingTime: 264.8214 - час установлення;
SettlingMin: 1.6588 - мінімальне значення перехідного процесу;
SettlingMax: 2.1071 - максимальне відхилення від усталеного значення;
Peak: 2.1071 - максимальне відхилення;
PeakTime: 120.4199 - час першого максимуму.
Визначимо усталене значення похибки системи (рис.1.17):
>> Wxe=feedback (1, Wroz);
>> step (Wxe)
Рисунок 1.17. - Усталене значення похибки системи.
Отже, усталене значення похибки системи Wxe = - 0.8.
Висновки до першого розділу
В першому розділі було виконано дослідження заданої системи автоматичного регулювання температури в електропечі. Проаналізовано принципову схему САР, описано принцип роботи та динамічні властивості (диференційні рівняння, передавальні функції) її елементів. Було складено функціональну і структурну схеми, визначено загальну передавальну функцію системи.
Проведено розрахунки та побудову відповідних часових (перехідну, імпульсну перехідну) та частотних (АЧХ, ФЧХ, АФХ, ЛАЧХ) характеристик. Виконано дослідження стійкості САК.
Отже, отримано такі результати:
1. Замкнута система є стійкою;
2. Розімкнена система є стійкою за критерієм Найквіста;
3. Тривалість перехідного процесу с;
4. Перерегулювання ;
5. Усталене значення похибки системи Wxe = - 0.8.
2. Синтез САК
2.1 Обґрунтування вибору типових регуляторів або методу синтезу САК для забезпечення заданих показників якості керування.
Завдання вибору закону регулювання і типу регулятора полягає в наступному: необхідно вибрати такий тип регулятора, який при мінімальній вартості і максимальній надійності забезпечував би задану якість регулювання.
Для того, щоб досягнути високої якості регулювання САК необхідно правильно налаштувати регулятор.
Метод розрахунку коефіцієнтів - це метод Зіглера-Нікольса. Метод працює не для будь-якої системи, результати виходять не найоптимальнішими. Суть методу полягає в наступному:
1. Виставляємо всі коефіцієнти (Kp, Ki, Kd) в 0.
2. Починаємо поступово збільшувати значення Kp і стежимо за реакцією системи. Нам потрібно добитися, щоб в системі почалися стійкі коливання (викликані перерегулюванням). Збільшуємо Kp, поки коливання системи не стабілізуються (перестануть затухати).
3. Запам'ятовуємо поточне значення Kp (позначимо його Ku) і заміряємо період коливань системи (Tu). Все. Тепер використовуємо отримані значення Ku і Tu для розрахунку всіх параметрів ПІД регулятора за формулами:
Kp = 0.6*Ku
Ki = 2 * Kp/Tu
Kd = Kp * Tu/8
Для дискретних регуляторів потрібно ще врахувати період дискретизації - T (помножити на Ki та Т, розділити Kd на Т).
2.2 Дослідження САК з типовими регуляторами (П, ПІ, ПІД)
П - регулятор являє собою один з найпростіших і розповсюджених пристроїв та алгоритмів управління. П - регулятор - це пристрій, який формує керуючий сигнал. П - регулятор видає вихідний сигнал, пропорційний вхідному, з коефіцієнтом пропорційності К. Передавальна функція: W (p) = k
Коефіцієнт підсилення Р - регулятора Кр=2. Побудуємо модель в пакеті Simulink з Р - регулятором.
Рисунок 2.1 - Модель системи з Р - регулятором.
Рисунок 2.2 - Перехідний процес системи з Р - регулятором.
ПІ-регулятор є одним з найбільш універсальних регуляторів. Складається з П-регулятора з додатковою інтегральною складовою. І-складова, яка доповнює алгоритм, в першу чергу потрібна для усунення статичної помилки, яка характерна для пропорційного регулятора. По суті, інтегральна частина є накопичувальною, і таким чином дозволяє здійснити те, що ПІ-регулятор враховує в даний момент часу попередню історію зміни вхідний величини.
Передавальна функція: W (p) = K (1+1/Tи*s) или W (p) = K+1/Tи*s;
Коефіцієнт підсилення Р-регулятора Кр=2, постійна стала часу інтегрування Ті=75. Побудуємо модель в пакеті Simulink з РІ-регулятором.
Рисунок 2.3 - Модель системи з РІ - регулятором.
Рисунок 2.4 - Перехідний процес системи з РІ - регулятором.
ПІД-регулятор володіє Д-складової, яка як би прогнозує відхилення від завдання і стежить за швидкістю відхилення, тому є найшвидшою в даному алгоритмі. По суті, це є перевагою і недоліком одночасно. Це все варто враховувати при виборі закону регулювання.
Коефіцієнт підсилення Р-регулятора Кр=1.5, постійна стала часу інтегрування Ті=75. Час диференціювання Тд=0.9. Побудуємо модель в пакеті Simulink з РІД-регулятором.
Рисунок 2.5 - Модель системи з РІD - регулятором.
Рисунок 2.6 - Перехідний процес системи з РІD - регулятором.
2.3 Корекція системи автоматичного керування методом бажаної ЛАЧХ
Загальна передавальна функція системи:
Графік перехідного процесу при поданні на вхід одиничної ступінчастої дії (рис.2.7):
Рисунок 2.7 - Графік перехідного процесу вихідної системи.
Визначимо передавальну функцію розімкнутого контуру системи:
За знайденою передавальною функцією розімкнутого контуру визначимо її нулі і полюси:
Побудуємо ЛАЧХ та АЛАЧХ розімкнутого контуру САК (рис.2.8):
Рисунок 2.8 - Графік ЛАЧХ та АЛАЧХ розімкнутого контуру САК.
Побудуємо бажану ЛАЧХ. Необхідно зменшити тривалість перехідного процесу на 85% у порівнянні з вихідною системою з механічними елементами при забезпеченні заданого значення похибки та перерегулювання в межах 30% (рис. 2.9). Виконаємо синтез корегуючого пристрою методом бажаної ЛАЧХ:
Бажана тривалість перехідного процесу: tn=39,72. Визначимо частоту зрізу, в якій середньочастотна ділянка бажаної ЛАЧХ перетинає вісь log (щ) (щc) та частоти, які обмежують цю ділянку зверху і знизу:
Рисунок 2.9 - Графік бажаної ЛАЧХ.
На одному графіку відображаємо бажану ЛАЧХ, дійсну ЛАЧХ системи та ЛАЧХ корегуючого пристрою (як різницю бажаної та дійсної ЛАЧХ) (рис.2.10).
Рисунок 2.10 - Графік ЛАЧХ корегуючого пристрою.
За графіком ЛАЧХ корегуючого пристрою визначаємо передавальну функцію корегуючого пристрою.
2.4 Розрахунок часових та частотних характеристик скорегованої системи
Загальна передавальна функція скорегованої системи має вигляд:
Розраховуємо перехідний процес в системі при поданні одиничної ступінчатої дії (рис.2.11):
Рисунок 2.11 - Перехідний процес скоригованої системи.
Імпульсна перехідна характеристика скоригованої системи (рис.2.12):
Рисунок 2.12 - Імпульсна перехідна характеристика.
АФХ скорегованої системи (рис.2.13):
Рисунок 2.13 - АФХ скорегованої системи.
АЧХ скорегованої системи (рис.2.14):
Рисунок 2.14 - АЧХ скорегованої системи.
ФЧХ скорегованої системи (рис.2.15):
Рисунок 2.15 - ФЧХ скорегованої системи.
ЛАЧХ скорегованої системи (рис.2.16):
Рисунок 2.16 - ЛАЧХ скорегованої системи.
2.5 Аналіз якості скорегованої САК
Визначимо прямі показники якості скоригованої системи:
· Тривалість перехідного процесу: tp = 21.33 с (рис.2.17);
Рисунок 2.17 - Перехідний процес скоригованої системи.
· Перерегулювання: у=25.188%;
· Час першого максимуму t=9,6 с;
· Усталене значення похибки скоригованої системи = - 0.01
Висновки до другого розділу
В другому розділі було виконано синтез регуляторів для САР температури в електропечі виходячи із заданих показників якості. Виконано дослідження ефективності застосування типових регуляторів (П, ПІ, ПІД).
Після введення в систему корегуючого пристрою, синтезованого методом бажаної ЛАЧХ, якість системи покращилась. Час регулювання (тривалість перехідного процесу) тепер становить 21.33 секунд, а не як раніш - 264.82 секунди. Але в той же момент ми перейшли від перерегулювання в 0% до 25.188%:
· Тривалість перехідного процесу: tp = 21.33 с;
· Перерегулювання: у=25.188%;
· Час першого максимуму t=9,6 с;
· Усталене значення похибки скоригованої системи = - 0.01.
3. Дослідження та синтез цифрової САК
3.1 Визначення дискретних передавальних функцій та різницевих рівнянь елементів системи
В дискретній системі управління один або декілька сигналів є дискретними і представляють собою послідовність короткотривалих імпульсів.
3.2 Складання структурної схеми цифрової САК
Рисунок 3.1 - Структурна схема цифрової САК.
3.3 Синтез цифрового корегуючого пристрою
Визначаємо загальну дискретну передаточну функцію системи та перехідний процес в системі без корегуючого пристрою (рис.3.2):
>> Ky1=4;
>> Ky2=2.4;
>> Ky3=2.4;
>> Ktp=9.6;
>> Ttp=0;
>> Ki=5.6;
>> Ti=180;
>> Kp=0.88;
>> Tp=660;
>> Kt1=0.8;
>> Tt1=3.6;
>> Kt2=3.2;
>> Tt2=7.2;
>> p=tf ('p');
>> Wtp = tf (Ktp, [Ttp 1]);
>> Wegzz=tf ( (Kt2*Tt2*p) / (Tt2*p+1));
>> Wdt=tf (Kt1/ (Tt1*p+1));
>> Wok=tf (Ki*Kp/ ( (Ti*p+1) * (Tp*p+1)));
>> W1=feedback (Wtp*Wok,Ky3*Wegzz);
>> W2=feedback (W1,Ky2*Wdt);
>> Wzag=W2*Ky1*Kp
>> Hz=c2d (Wzag,0.1,'tustin')
>> step (Hz)
Рисунок 3.2 - Перехідний процес імпульсної системи без коригуючого пристрою.
В якості корегуючого пристрою використаємо ПД-регулятор. Розрахуємо його дискретну передаточну функцію та його параметри за допомогою компонента Matlab PID Tuning:
Дискретна передаточна функція розімкнутої систем:
Wroz=G*C;
Дискретна передаточна функція скоригованої системи:
Wskor= (Wroz/ (1+Wroz));
Розраховуємо перехідний процес в скоригованій системі при поданні одиничної ступінчатої дії (рис.3.3): >>step (Wskor)
Рисунок 3.3 - Перехідний процес імпульсної системи з коригуючим пристроєм.
3.4 Аналіз якості цифрової САК
Визначимо прямі показники якості скоригованої системи:
· Тривалість перехідного процесу: tp = 78.63 с (рис.3.4);
Рисунок 3.4 - Перехідний процес скоригованої системи.
· Перерегулювання: у=37.41%;
· Час першого максимуму t=20,1 с;
· Усталене значення похибки скоригованої системи (рис.3.5):
>> Wxe=feedback (1, Wroz);
>> step (Wxe)
Рисунок 3.5 - Усталене значення похибки системи.
Висновки до третього розділу
У процесі складання цифрової системи, аналітично була розрахована дискретна передаточна функція безперервної частини й перехідний процес замкненої системи. Розрахували цифровий корегуючий пристрій та визначили його параметри за допомогою компонента Matlab PID Tuning.
Після введення цифрового корегуючого пристрою (дискретного РD-регулятора) зменшилась тривалість перехідного процесу у порівнянні з першим розділом.
· Тривалість перехідного процесу: tp = 78.63 с;
· Перерегулювання: у=37.41%;
· Час першого максимуму t=20.1 с;
· Усталене значення похибки скоригованої системи = 0.05.
Висновок
Метою даної курсової роботи було, маючи принципову електричну схему системи автоматичного регулювання температури в електропечі, визначити принцип роботи системи, оцінити її працездатність та покращити її показники якості.
В першій розділі було виконано дослідження системи автоматичного регулювання температури в електропечі з електричними елементами, було описано принцип роботи САР температури в електропечі, визначено передавальні функції кожного елемента та розраховано функціональну та структурну схеми та визначили загальну передавальну функцію системи та побудували відповідні часові та частотні характеристики. Було проведено дослідження стійкості САР (за критерієм Найквіста).
Система мала такі показники якості:
§ час перехідного процесу tр - 264.82 с;
§ швидкодія або час досягнення першого максимуму 120.41 с;
§ перерегулювання системи - 16.2%
Другий розділ присвячений дослідженню та синтезу САК за допомогою корегуючого пристрою. Обґрунтували вибір типових регуляторів та методик розрахунку параметрів регуляторів (метод Зіглера-Нікольса), виконали дослідження САК з типовими регуляторами (П, ПІ, ПІД). Виконали корекцію САР температури в печі методом бажаної ЛАЧХ.
За графіком ЛАЧХ корегуючого пристрою визначали передавальну функцію корегуючого пристрою. За знайденою загальною передавальною функцією скорегованої системи побудували часові та частотні характеристики скорегованої системи. Визначили прямі показники якості:
· Тривалість перехідного процесу: tp = 21.3 с;
· Перерегулювання: у=25.188%;
· Час першого максимуму t=9,6с;
· Усталене значення похибки скоригованої системи = - 0.01.
Після введення в систему корегуючого пристрою, синтезованого методом бажаної ЛАЧХ, якість системи покращилась (метою є зменшення тривалості перехідного процесу на 85% та перерегулювання до 30%).
Третій розділ присвячений дослідженню та синтезу цифрової САК. Визначили дискретні передавальні функції та різницеві рівняння елементів системи. Було складено структурну схему цифрової САК. Визначали загальну дискретну передавальну функцію системи та перехідний процес в системі без корегуючого пристрою. Було виконано синтез цифрового корегуючого пристрою (РІ-регулятор) за допомогою компонента Matlab PID Tuning. Розрахували дискретну передавальну функцію скоригованої системи та побудували перехідний процес в скоригованій системі. Визначили прямі показники якості:
· Тривалість перехідного процесу: tp = 78.63 с;
· Перерегулювання: у=37.41%;
· Час першого максимуму t=20.1с;
· Усталене значення похибки скоригованої системи = 0.05.
Після введення цифрового корегуючого пристрою (дискретного РD-регулятора) зменшилась тривалість перехідного процесу у порівнянні з першим розділом, перерегулювання є в межах з дотриманням заданих вимог до якості САР. Отже, поставлена задача була цілком виконана.
Список використаних джерел
1. Головко Д. Б.,Рего К.Г., Скрипник Ю.О. Автоматика і автоматизація технологічних процесів. К.: Либідь, 1997,-232 с.
2. Лукас В.А. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. Недра, 1990. - 416 с., ил.
3. Попович М.Г., Ковальчук О.В. Теорія автоматичного керування: Підручник. - К.: Либідь, 1997. - 544 с.
4. Зайцев Г.Ф., Костюк В.И., Чинаев П.И. Основы автоматического управления и регулирования. - К.: Техніка, 1975. - 456 с.
5. Попович М.Г., Ковальчук О.В. Теорія автоматичного керування: Підручник. - К.: Либідь, 1997. - 544 с.
6. Н.Н. Иващенко, Автоматическое регулирование, 1978.
7. Цыпкин Я.З. Основы теории автоматических систем: Учебное пособие. - М.: Наука, 1977. - 569 с.
8. Томашевський В.М. Моделювання систем. - К.: BHV, 2005. - 352 с.
9. Иванов А.А. Теория автоматического управления и регулирования. - М.: Недра, 1987. - 351 с.
10. Ресурси мережі Інтернет.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Передаткова функція замкненої та розімкненої схеми регулювання. Перевірка на стійкість отриманої схеми системи автоматичного регулювання. Оцінка якості процесу регулювання в системі за показниками та допустимої інструментальної похибки в сталому режимі.
контрольная работа [956,2 K], добавлен 03.12.2013Аналіз якості лінійних безперервних систем автоматичного управління. Методи побудови перехідної функції, інтегральні оцінки якості. Перетворення структурної схеми, аналіз стійкості розімкнутої та замкнутої систем. Розрахунок часових та частотних функцій.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.03.2014Опис роботи, аналіз та синтез лінійної неперервної системи автоматичного керування. Особливості її структурної схеми, виконуваних функцій, критерії стійкості та її запаси. Аналіз дискретної системи автокерування: визначення її показників, оцінка якості.
курсовая работа [482,1 K], добавлен 19.11.2010Короткі відомості про системи автоматичного регулювання та їх типи. Регулятори: їх класифікація та закони регулювання. Розробка моделі автоматичного регулювання в MATLAB/Simulink і побудова кривої перехідного процесу. Аналіз якості функціонування системи.
курсовая работа [402,4 K], добавлен 20.11.2014Визначення передаточних функцій об’єкта за різними каналами, його статичних і динамічних характеристик. Розроблення та дослідження CAP. Аналіз стійкості системи за критеріями Рауса-Гурвіца. Параметрична оптимізація системи автоматичного регулювання.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 28.12.2014Розробка інформаційно-вимірювальної системи визначення температури. Методи вимірювання температури, вибір оптимальної структурної схеми. Електрична принципова схема, розрахунок вузлів системи. Визначення основної похибки перетворювача–датчика KTY81-121.
курсовая работа [991,6 K], добавлен 24.01.2011Математичний опис лінійних неперервних систем автоматичного керування (САК). Інерційні й не інерційні САК, їх часові та частотні характеристики. Елементарні ланки та їх характеристики. Перетворення схеми математичної моделі САК до стандартного вигляду.
курсовая работа [444,8 K], добавлен 10.04.2013Специфіка розробки структурної, функціональної і принципової схеми автоматичного ПІД-регулятора за допомогою сучасних пакетів (OrCAD9.2). Блоки інтегральної та диференціальної складових і їх розрахунок. Схема суматора складових закону керування.
курсовая работа [283,8 K], добавлен 26.12.2010Розробка функціональної схеми автоматизації процесу регулювання пари при гранулюванні кормів; побудова систем контролю і обліку. Визначення передаточних функцій елементів структурно-алгоритмічної схеми САУ; розрахунок показників запасу стійкості і якості.
курсовая работа [984,7 K], добавлен 14.08.2012Лінійна система автоматичного керування температурним режимом. Корекція параметрів якості, моделювання і дослідження імпульсної системи: побудова графіка усталеної похибки; розрахунок логарифмічних псевдочастотних характеристик коректуючого пристрою.
курсовая работа [396,0 K], добавлен 26.01.2011Характеристика та аналіз функціональних схем систем автоматичного регулювання підсилення (АРП). Різновиди та елементи систем АРП. Методика розрахунку зворотньої системи регулювання підсилення. Порівняльний аналіз між аналоговими та цифровими системами.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 25.01.2010Основні властивості й функціональне призначення елементів системи автоматичного керування (САК). Принцип дії та структурна схема САК. Дослідження стійкості початкової САК. Синтез коректувального пристрою методом логарифмічних частотних характеристик.
контрольная работа [937,5 K], добавлен 19.05.2014Аналіз технологічного процесу і вибір напрямків автоматизації. Розробка структурної схеми системи управління. Основні вимоги до елементів структурної схеми. Додаткові вимоги до мікропроцесора. Технічна характеристика мікроконтролера Atmel AT89C51AC3.
курсовая работа [316,1 K], добавлен 11.10.2011Розробка функціональної схеми цифрової слідкуючої системи. Складання передаточних функцій її елементів. Вибір виконавчого двигуна і підсилювача потужності. Розрахунок, побудова та моделювання послідовної безперервної корегуючої ланки методом ЛАЧХ.
курсовая работа [169,8 K], добавлен 21.04.2011Керуюча напруга системи фазового автопідстроювання частоти, яка застосована в радіотехнічних пристроях. Принцип дії системи, її схема. Системи спостереження за часовим положенням імпульсного сигналу. Призначення систем автоматичного регулювання посилення.
контрольная работа [716,6 K], добавлен 27.11.2010Аналіз стійкості вихідної системи автоматичного управління за критерієм Найквиста. Проектування за допомогою частотного метода корегуючго пристрою. Проведення перевірки виконаних розрахунків за допомогою графіка перехідного процесу (пакети Еxel і МatLab).
курсовая работа [694,3 K], добавлен 10.05.2017Методи моделювання динамічних систем. Огляд методів синтезу. Математичне забезпечення вирішення задачі системи управління. Моделювання процесів за допомогою пакету VisSim. Дослідження стійкості системи управління. Реалізація програмного забезпечення.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 07.11.2011Складання логічної схеми алгоритмів при проектуванні системи управління агрегатом, формування мікрокоманд, що включають логічні та функціональні оператори. Розробка структурної та принципової схеми системи управління, її конструктивне оформлення.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 28.09.2011Визначення стійкості систем автоматичного керування за алгебраїчними критеріями методом Гурвіца та розрахунок критичного коефіцієнту підсилення замкнутої САК. Алгоритм перевірки вірності всіх обрахунків на графіках, які побудовані за допомогою ЦЕОМ.
лабораторная работа [859,6 K], добавлен 28.12.2011Структурна схема неперервної системи автоматичного керування. Визначення стійкості системи за критерієм Найквіста. Графіки перехідної характеристики скорегованої САК, її логарифмічні псевдочастотні характеристики. Визначення періоду дискретизації.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.08.2012
