Моделирование системы автоматического регулирования с ПИД регулятором

Размещено на http://www.allbest.ru

ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АВТОНОМНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Национальный исследовательский технологический университет

«МИСиС»» в городе Алмалык

ЛАБОРАТОРНОЙ работе № 1

Тема: «Моделирование системы автоматического регулирования с ПИДрегулятором»

Выполнила: Абдумаликова Н.Ш.

гр. 3з-20АТПП

Принял: Маманазаров У.Б.

Введение

Одним из видов систем автоматического регулирования (САР) являются системы с обратной связью, которые определяют текущее значение регулируемой величины при помощи датчиков, сравнивают его со значением управляющего воздействия и формируют сигнал ошибки регулирования (отличие текущего значения регулируемой величины от заданного). Регулятор САР преобразует сигнал ошибки в соответствии с заданным законом регулирования и формирует регулирующее воздействие, которое подается на исполнительные органы системы (электропривод, гидравлический распределитель и т.д.), чтобы уменьшить величину ошибки. Закон регулирования описывает зависимость регулирующего воздействия от входного сигнала (сигнала ошибки) и зависит от типа регулятора. Тип регулятора (закон регулирования) выбирается в зависимости от свойств объекта управления таким образом, чтобы САР удовлетворяла требованиям точности, быстродействия и качества регулирования.

Цель работы:

Приобрести первичные навыки для моделирования ПИД-регуляторов в SimInTech.

Задачи работы:

?Изучить принцип работы ПИД-регулятора.

?Разработать модель ПИД-регулятора и включить ее в состав модели системы автоматического регулирования температуры воздуха.

?Исследовать влияние коэффициентов настройки регулятора на вид переходного процесса в САР.

?Построить графики реакций САР на управляющее и возмущающее воздействия.

На практике, как правило, используют типовые регуляторы непрерывного действия, регулирующее воздействие которых является суммой пропорциональной, интегрирующей и дифференцирующей составляющих: регулятор автоматический температура

?Пропорциональная составляющая регулирующего воздействия линейно зависит от ошибки регулирования.

?Интегрирующая составляющая регулирующего воздействия линейно зависит от интеграла ошибки регулирования.

?Дифференцирующая составляющая регулирующего воздействия линейно зависит от производной ошибки регулирования.

Регулирующее воздействие зависит от ошибки следующим образом:

где KP , KI , KD - коэффициенты усиления пропорциональной, интегрирующей и дифференцирующей составляющих регулятора соответственно, е(t) - сигнал ошибки регулирования.

Выполнение лабораторной работы

Содержание лабораторной работы

В данной лабораторной работе рассматривается модель САР, разработанная в ходе выполнения лабораторной работы №2. К САР предъявляются следующие требования по качеству переходного процесса:

?Перерегулирование не более 3% от значения управляющего воздействия.

?Время переходного процесса менее 1500 секунд при отклонении регулируемой величины от установившегося значения не более чем на 3%.

Время переходного процесса определяется, как момент времени, в который график переходного процесса попал в трубку установившегося значения и больше не выходил из нее.

При значении управляющего воздействия равном 35°:

?Перерегулирование не более: 35° · 0.03 ? 1°.

?Трубка установившегося значения: 35° · ±0.03 ? ±1°.

Результаты моделирования, полученные в ходе выполнения лабораторной работы №2, свидетельствуют о том, что САР не удовлетворяет предъявляемым требованиям. Для того, чтобы САР удовлетворяла требованиям к качеству переходного процесса, в данной лабораторной работе будет:

?разработана модель ПИД-регулятора;

?проведено моделирование работы САР при различных значениях коэффициентов регулятора;

?изучено влияние значений коэффициентов ПИД-регулятора на переходный процесс; ?проведена настройка ПИД-регулятора.

Открытие разработанного ранее проекта

Необходимо открыть проект с моделью САР, которая была разработана в ходе выполнения лабораторной работы №2, заменяем Усилитель мощности на «Субмодель» и даем ей название ПИД-Регулятор.

Необходимо добавить и соединить в рабочую область субмодели следующие блоки:

?3 блока «Усилитель», 1 блок «Сумматор» из вкладки «Операторы». Данные блоки будут моделировать работу ПИД-регулятора.

?1 блок «Интегратор», 1 блок «Производная» из вкладки «Динамические». Данные блоки будут моделировать интегрирующую и дифференцирующую составляющие ПИД-регулятора.

?1 блок «Входной порт», 1 блок «Выходной порт» из вкладки «Субструктуры». Данные блоки необходимы для приема и передачи данных через порты блока «Субмодель».

Данные блоки будут моделировать коэффициенты усиления пропорциональной, интегрирующей и дифференцирующей составляющих регулирующего воздействия ПИД-регулятора соответственно подписям данных блоков.

Моделирование работы САР и настройка ПИД-регулятора

Необходимо провести моделирование и настроить ПИД-регулятор таким образом, чтобы САР удовлетворяла требованиям к качеству переходного процесса:

?Перерегулирование не более 1°.

?Время переходного процесса не более 1500 секунд при трубке установившегося значения ±1°.

График переходного процесса САР при KP = 2; KI = 0; KD = 0.

При текущих настройках регулятора, согласно графику, максимальное значение температуры достигает примерно 41°, то есть перерегулирование составляет примерно 6°. График переходного процесса попал в трубку ±1° от установившегося значения в момент времени примерно 1750 секунд и больше не выходил из нее, то есть время переходного процесса превышает 1500 секунд. Необходимо уменьшить значение коэффициента усиления пропорциональной составляющей и изучить ее влияние на переходный процесс. Требуется задать значения коэффициентов усиления ПИД-регулятора:

График переходного процесса САР при KP = 1; KI = 0; KD = 0.

При текущих настройках регулятора перерегулирование составляет примерно 2°, время переходного процесса превышает 1500 секунд. После уменьшения значения коэффициента усиления пропорциональной составляющей колебательность переходного процесса уменьшилась, а время переходного процесса практически не изменилось.

Необходимо изучить влияние дифференцирующей составляющей на переходный процесс, для этого требуется задать значения коэффициентов усиления ПИД-регулятора, что соответствует ПД-регулятору:

График переходного процесса САР при KP = 1; KI = 0.; KD = 10.

При текущих настройках регулятора перерегулирование составляет примерно 1.5°, время переходного процесса превышает 1500 секунд. Увеличение коэффициента усиления дифференцирующей составляющей привело к уменьшению колебательности и времени переходного процесса. Для еще большего уменьшения колебательности и времени переходного процесса необходимо увеличить значение коэффициента усиления дифференцирующей составляющей регулятора. Требуется задать значения коэффициентов усиления ПИД-регулятора:

График переходного процесса САР при KP = 1; KI = 0; KD = 25.

При текущих настройках регулятора перерегулирование не превышает 1°, время переходного процесса не превышает 1500 секунд. САР удовлетворяет предъявляемым требованиям к качеству регулирования. Настройка ПИД-регулятора проведена успешно.

Заключение

В данной лабораторной работе была разработана модель ПИД-регулятора системы автоматического регулирования температуры воздуха, было проведено моделирование работы САР при различных значениях коэффициентов ПИД-регулятора, исследовано влияние значений коэффициентов регулятора на качество переходного процесса, по результатам исследования проведена настройка ПИД-регулятора.

Размещено на Allbest.ru