Анализ работы типовых систем автоматического регулирования на базе понижающего широтно-импульсного преобразователя с R-нагрузкой и неизменной частью первого и второго порядка
Методика определения индуктивности дросселя фильтра и коэффициента передачи датчика тока. Характеристика линеаризованной непрерывной модели системы автоматического регулирования. Критерии выбора коэффициента передачи пропорционального регулятора.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.06.2018 |
| Размер файла | 718,6 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
Размещено на http://www.allbest.ru
Объектом расчета и моделирования в данном лабораторном практикуме является система авторегулирования (САР) на базе понижающего ШИП с L либо LC - фильтром и R - нагрузкой, т.е. САР с неизменной частью первого либо второго порядка. В качестве цели управления в первом случае выбрана стабилизация среднего за такт преобразования (за период преобразования) значения тока нагрузки и стабилизация среднего за период преобразования напряжения нагрузки во втором случае.
Рисунок 1 - Структура САР на основе понижающего ШИП с L - фильтром
Рассчитываем силовую схему ШИП с неизменной частью первого порядка.
Начальными данными являются:
1. Напряжение источника энергии ;
2. Базисное значение коэффициента заполнения импульсов выходного напряжения силового коммутатора ;
3. Частота преобразования кГц;
4. Мощность нагрузки Вт;
5. Величина коэффициента пульсаций тока нагрузки ;
6. Величина напряжения задания тока нагрузки ;
7. Амплитуда опорного пилообразного напряжения ГПН ;
Найдем величину напряжения нагрузки и тока нагрузки , а также сопротивление нагрузки , величину индуктивности дросселя фильтра и коэффициент передачи датчика тока .
В первую очередь определим напряжение на нагрузке:
(1)
Активное сопротивление нагрузки будет равно:
(2)
Ом
Тока нагрузки составит величину:
A
Коэффициент передачи датчика тока :
Индуктивность дросселя фильтра :
Представим САР в виде непрерывной линеаризованной модели (рис.2) для малых приращений в окрестности базисного режима (при условии малых пульсаций сигнала обратной связи ( ) .
Рисунок 2 - Линеаризованная непрерывная модель САР
Найдем значение коэффициента передачи ШИМ :
Представим передаточную функцию части САР, обведенную на рис.3 пунктирным прямоугольником:
, (3)
где , p - оператор Лапласа, - постоянная времени нагрузки.
Синтезируем пропорциональный регулятор (П). Критерием выбора коэффициента передачи П регулятора является обеспечение отличия производной опорного сигнала ()' от производной управляющего сигнала ()' ШИМ модулятора не менее чем в два раза:
индуктивность дроссель линеаризованный
На рис. 3 приведена схема П-регулятора.
Рисунок 3 - Схема П-регулятора
На рис. 4 представлены осциллограммы а)Ток нагрузки б)Напряжение и сигнал управления .
Рисунок 4 - Осциллограммы работы схемы
Из машинограммы фактическое значение этой ошибки составляет . Расхождение фактической и рассчитанной статической ошибки объясняется наличием пульсационной составляющей сигнала обратной связи и, следовательно, наличием пульсационной составляющей управляющего сигнала ШИМ-модулятора.
Проверим выполняется ли условие двукратного запаса величины производной сигнала ()' от производной управляющего сигнала ()' ШИМ-модулятора.
На рис. 5 приведена осциллограмма напряжения и сигнал управления .
Рисунок 5 - Осциллограммы работы схемы
Производная больше чем в 1.7 раз.
Проведем исследование данной САР с И-регулятором.
Запишем передаточную функцию (ПФ) разомкнутой и замкнутой непрерывной линеаризованной САР:
где постоянная времени И регулятора, путем замены переменной перейдем к относительному времени и получим выражение для :
Зная А и можно определить постоянную времени И регулятора
На рис. 6 приведена схема И регулятора.
Рисунок 6 - Схема И-регулятора
На рис. 7 представлена осциллограмма тока в нагрузке САР с И регулятором, оптимальной по критерием.
Рисунок 7 - Осциллограмма тока в нагрузке САР с И регулятором, оптимальной по критерию
Величина перерегулирования переходной характеристики составляет 11,6%.
По комбинационному критерию качества , САР, т.е. обеспечивающие минимум функционала значение коэффициента А=.
На рис. 8 представлена осциллограмма тока в нагрузке САР с И регулятором, оптимальной по критерию.
Величина перерегулирования переходной характеристики составляет 4,7%.
Рисунок 8 - Осциллограмма тока в нагрузке САР с И-регулятором, оптимальной по I0+I1 критерию
Построим ПИ-регулятор, чтобы САР, обладая свойством астатизма, обеспечивала апериодический характер переходной характеристики и по быстродействию приближалась к импульсной САР, настроенной на процессы конечной длительности. Для этого записывают выражение для ПФ разомкнутой и замкнутой непрерывной линеаризованной САР с ПИ-регулятором с использованием относительного времени, в результате получая выражение:
Wз(s)=
приведем это выражение к виду:
Wз(s)=
Для обеспечения 2-х кратного запаса значения производной управляющего и опорного сигнала как слева та и справа точки коммутации воспользуемся предыдущими результатами расчета коэффициента усиления пропорционального звена тогда:
Рисунок 9 - Схема ПИ-регулятора
Рисунок 10 - Осциллограммы работы схемы с ПИ-регулятором
Как видно из осцилограммы рис.10 (а) при использовании ПИ-регулятора отсутствует статическая ошибка.
Исследуем САР на основе понижающего ШИП с LC фильтром (рис.11) и ПИ-регулятором (рис.12).
В качестве исходных данных для расчета неизменной части САР изменяется лишь величина коэффициента пульсаций тока дросселя фильтра kпи=0,1 и добавляется величина коэффициента пульсаций выходного напряжения kпн=0,02.
Рисунок 11 - Схема ШИП с неизменной частью второго порядка
Рисунок 12 - ПИ-регулятор
Найдем коэффициент передачи датчика напряжения:
KДН=
Найдем степень колебательности при = 0,5:
=0,694
Найдем величины емкости конденсатора и индуктивности дросселя:
Запишем ПФ разомкнутой линеаризированной непрерывной САР с ПИ- регулятором:
Получим выражение для ПФ замкнутой САР с учетом перехода к относительному времени:
Где
Задача выбора значений коэфициентов А и в данном случае есть задача Вышнеградского. Известно, что найбольшая степень устойчивости САР с таким же знаменателем ПФ достигается, коэфициенты при степенях 2 и 1 оператора s знаменателя ПФ равны 3, при этом все 3 корня знаменателя корня одинаковы и равны -1. Решая соответствующую систему уравнений, можно найти:
Осцилограммы при работе САР и LC - фильтром и ПИ-регулятором приведены на рис. 13
Рисунок 13 - Осцилограммы при работе САР и LC - фильтром
Вывод: исследовали работу типовых САР (П-, И- и ПИ-регуляторы) на базе понижающего ШИП с R-нагрузкой и неизменной частью первого и второго порядка.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Построение кривой переходного процесса в замкнутой системе по ее математическому описанию и определение основных показателей качества системы автоматического регулирования. Определение статизма и статического коэффициента передачи разомкнутой системы.
курсовая работа [320,0 K], добавлен 13.01.2014Характеристика системы автоматического регулирования скорости двигателя, математическое описание ее динамики, расчет необходимого коэффициента передачи. Оптимизация параметров корректирующего устройства по интегральному квадратичному критерию, его схема.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 14.01.2011Знакомство с основными этапами разработки системы автоматического регулирования. Особенности выбора оптимальных параметров регулятора. Способы построения временных и частотных характеристик системы автоматического регулирования, анализ структурной схемы.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 17.05.2013Определение передаточных функций элементов системы автоматического регулирования (САР) частоты вращения вала двигателя постоянного тока. Оценка устойчивости и стабилизация разомкнутого контура САР. Анализ изменения коэффициента усиления усилителя.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 13.07.2015Разработка датчика для измерения давления, развиваемого мощными энергетическими установками и агрегатами выдачи сигнала, пропорционального давлению на вход системы автоматического регулирования. Анализ работоспособности датчика и преобразователя энергии.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.07.2014Определение передаточных функций звеньев системы автоматического регулирования (САР). Оценка устойчивости и исследование показателей качества САР. Построение частотных характеристик разомкнутой системы. Определение параметров регулятора методом ЛАЧХ.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 31.05.2013Системы автоматического регулирования (САР), их виды и элементарные звенья. Алгебраические и графические критерии устойчивости систем. Частотные характеристики динамических звеньев и САР. Оценка качества регулирования, коррекция автоматических систем.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 16.02.2013Непрерывная система регулирования, состоящая из объекта регулирования, автоматического регулятора и нелинейной системы, включающей нелинейное звено. Возможность возникновения автоколебаний. Моделирование нелинейной системы автоматического регулирования.
курсовая работа [825,9 K], добавлен 13.11.2009Система автоматического регулирования для объекта управления. Принципиальные схемы устройства сравнения и регулятора. Передаточные функции системы. Оптимальные параметры регулятора по минимуму линейной и квадратической интегральной оценки ошибки.
курсовая работа [778,0 K], добавлен 27.08.2012Выбор регулятора для объекта управления с заданной передаточной функцией. Анализ объекта управления и системы автоматического регулирования. Оценка переходной и импульсной функций объекта управления. Принципиальные схемы регулятора и устройства сравнения.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 03.09.2012Система автоматического регулирования температуры жидкости в термостате на основе промышленного цифрового регулятора ТРМ-10. Система стабилизации температуры. Нагрев изделий до заданной температуры, соответствующей требованиям технического процесса.
курсовая работа [915,5 K], добавлен 05.03.2009Оценка устойчивости системы автоматического регулирования по критериям устойчивости Найквиста, Михайлова, Гурвица (Рауса-Гурвица). Составление матрицы главного определителя для определения устойчивости системы. Листинг программы и анализ результатов.
лабораторная работа [844,0 K], добавлен 06.06.2016Параметрический синтез САР простейшей структуры на основе инженерных методик по моделям объекта 1-го порядка (без использования процедуры оптимизации). Расчет параметров регулятора по инженерным методикам для определения начальных настроек регулятора.
лабораторная работа [898,1 K], добавлен 15.05.2015Структура замкнутой линейной непрерывной системы автоматического управления. Анализ передаточной функции системы с обратной связью. Исследование линейной импульсной, линейной непрерывной и нелинейной непрерывной систем автоматического управления.
контрольная работа [1,6 M], добавлен 16.01.2011Исследование линеаризованной системы, в которой не учитываются нелинейные элементы. Ввод пропорционального регулятора для коррекции системы. Этапы проведения синтеза данной системы. Определение реакции системы на ступенчатый, гармонический сигнал.
курсовая работа [794,9 K], добавлен 05.03.2010Описание системы автоматического контроля и регулирования уровня воды в котле. Выбор регулятора и определение параметров его настройки. Анализ частотных характеристик проектируемой системы. Составление схемы автоматизации управления устройством.
курсовая работа [390,0 K], добавлен 04.06.2015Работа регулятора линейного типа, автоматического регулятора, исполнительного механизма, усилителя мощности, нормирующего преобразователя. Составление алгоритмической структурной схемы системы автоматического управления. Критерий устойчивости Гурвица.
контрольная работа [262,6 K], добавлен 14.10.2012Анализ и синтез линейных двухконтурных систем автоматического регулирования (САР), построенных по принципу систем подчинённого регулирования с последовательной коррекцией. Составление схемы оптимальной двухконтурной статической и астатической САР.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 11.12.2013Выбор, характеристика тиристорного преобразователя. Силовая схема выпрямления. Основные параметры объекта регулирования. Адаптивный регулятор тока с эталонной моделью. Анализ влияния внутренней обратной связи по ЭДС двигателя. Задатчик интенсивности тока.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 13.05.2014Трубопровод с участком регулирования расхода пара. Инструментальная модель объекта регулирования. Модель системы автоматического регулирования расхода. Функциональная схема блока электропривода. Графики зависимостей для различных настроек регулятора.
курсовая работа [202,5 K], добавлен 14.10.2012
