Динамические свойства

Цель работы: Исследовать влияние структуры и параметров САР на её статические и динамические свойства.

Теоретические сведения

Статические и динамические свойства САР во многом зависят от структуры последней (наличие или отсутствие в контуре регулирования интегрирующих звеньев) и её параметров (коэффициента разомкнутой системы, постоянных времени звеньев). Основным показателем точности САР в статике является статическая ошибка – отклонение выходной координаты от заданного значения под действием возмущения (в установившихся режимах). Другими словами, статическая ошибка – это разность между начальным и конечным установившимися значениями выходной величины. Статическая ошибка системы зависит от типа регулятора (пропорциональный или интегральный) и коэффициента разомкнутой системы (для САР с пропорциональным регулятором).

Основным динамическим показателем САР является её устойчивость – способность системы принимать прежнее или новое установившееся значение после окончания переходных процессов. Часто немаловажным является и качество переходных процессов – длительность переходных процессов, перерегулирование, колебательность и др. Динамические свойства системы зависят от типа регулятора, коэффициента разомкнутой системы и постоянных времени звеньев, входящих в контур регулирования.

Задание №1. Исследовать влияние величины коэффициента разомкнутой системы на статические и динамические свойства САР с пропорциональным регулятором.

Снять переходную характеристику САР с пропорциональным регулятором, структурная схема которой приведена на рисунке 4.1. Варианты параметров схем приведены в таблице 4.1 и задаются преподавателем.

Рисунок 4.1 – Структурная схема САР с пропорциональным регулятором

Таблица 4.1 – Исходные данные к структурной схеме по заданию №1

Практические советы:

- для наглядности возмущение удобнее подавать через некоторую задержку времени (блок Step);

 - коэффициент разомкнутой системы k_рс удобнее задать в одном из звеньев структурной схемы. При этом передаточные коэффициенты всех остальных звеньев принимаются равными единице.

Методические указания:

1) Снять осциллограмму изменения выходной величины во времени при ступенчатом изменении возмущения ΔF на заданную величину при заданном начальном значении коэффициента разомкнутой системы k_{рс нач};

2) Определить статическую ошибку системы и длительность переходного процесса (помните!: так как автоматика работает с отклонениями, то есть любое исходное положение принимается за нулевое, установившееся отклонение ΔY от начального и есть статическая ошибка);

3) Подобрать значение k_рс таким, чтобы САР находилась на границе устойчивости. Переходной процесс в этом случае представляет собой незатухающие (и не расходящиеся) колебания с постоянными амплитудой и частотой. Зафиксируйте граничное значение k_{рс гр};

4) Снять переходную характеристику при промежуточном значении коэффициента разомкнутой системы k_{рс нач} ≤ k_рс ≤ k_{рс гр}. Сделать выводы, как величина коэффициента разомкнутой системы влияет на величину статической ошибки САР с пропорциональным регулятором и на качество переходных процессов (колебательность, перерегулирование, устойчивость).

Практические советы:

- все три осциллограммы можно снять одновременно. Для этого достаточно копированием в модельном окне создать три схемы, выходы которых через блок MUX подаются на один вход осциллографа. Для каждой из схем задаётся своё значение коэффициента разомкнутой системы;

- если осциллограмма получается в виде ломаной кривой, следует изменить шаг моделирования в закладке Simulation parameters.

В отчёте должны быть: исходная структурная схема, снятые осциллограммы (в одной координатной системе) и выводы о влиянии коэффициента разомкнутой системы на статические и динамические свойства САР с пропорциональным регулятором.

Задание №2. Исследовать влияние интегрирующего звена и величины коэффициента разомкнутой системы на статические и динамические свойства САР.

Снять переходную характеристику САР с интегральным регулятором, структурная схема которой приведена на рисунке 4.2. Варианты параметров схем принять из таблицы  4.1 в соответствии с вариантом к заданию №1.

Рисунок 4.2 – Структурная схема САР с интегральным регулятором

Методические указания:

1) Снять осциллограмму изменения выходной величины во времени при ступенчатом изменении возмущения ΔF на заданную величину при заданном начальном значении коэффициента разомкнутой системы k_{рс нач};

2) Определить статическую ошибку системы и длительность переходного процесса. Оценить влияние интегрирующего звена в контуре регулирования на статические свойства САР;

3) Подобрать значение k_рс таким, чтобы САР находилась на границе устойчивости (переходной процесс в этом случае представляет собой незатухающие колебания с постоянными амплитудой и частотой). Зафиксируйте граничное значение k_{рс гр}. Сравните значения k_{рс гр} для САР с пропорциональным регулятором и САР с интегральным регулятором и сделайте вывод, как введение интегрирующего звена в контур регулирования влияет на устойчивость системы;

4) Снять переходную характеристику при промежуточном значении коэффициента разомкнутой системы k_{рс нач} ≤ k_рс ≤ k_{рс гр}. Сделать выводы, как величина коэффициента разомкнутой системы влияет на качество переходных процессов САР с интегральным регулятором (колебательность, перерегулирование, устойчивость).

В отчёте должны быть: исходная структурная схема, снятые осциллограммы (в одной координатной системе) и выводы о влиянии интегрирующего звена на статические и динамические свойства САР и о влиянии коэффициента разомкнутой системы на статические и динамические свойства САР с интегральным регулятором.

Отчёт по лабораторной работе должен содержать:

· цель работы;

· исходные структурные схемы;

· снятые осциллограммы (в одной координатной системе);

· выводы по работе.

Лабораторная работа №5.