ВВЕДЕНИЕ
В САУ, состоящих только из функционально-необходимых элементов, хотя и уменьшаются ошибки по сравнению с системами, в которых отсутствуют автоматические управляющие устройства (регуляторы), обычно не удается получить требуемых показателей качества. В замкнутых системах это объясняется тем, что условия для достижения высокой точности в установившемся и переходном режимах имеют противоречивый характер. Действительно для уменьшения ошибки в установившемся режиме необходимо повышать коэффициент усиления системы в разомкнутом состоянии 
. С увеличением уменьшается запас устойчивости системы и, следовательно, ухудшается переходной процесс. Возможно и то, что система станет раньше неустойчивой, чем удается получить требуемой коэффициент усиления . Для того чтобы при увеличении сохранить устойчивость и улучшить показатели качества переходного процесса, необходимо соответствующим образом изменить частотные характеристики системы - осуществить коррекцию системы.
Под коррекцией САУ понимается изменение их динамических свойств с целью обеспечения требуемого запаса устойчивости, повышения динамической точности и показателей качества переходного процесса. Для коррекции в систему включают корректирующие устройства. Ухудшение переходного процесса и потеря устойчивости при увеличении связаны с запаздыванием в системе колебаний по фазе. Следовательно, необходимо частично скомпенсировать запаздывание в некоторой полосе частот. Опережение по фазе может быть допустимо в результате сложения напряжения сигнала рассогласования с производной от него. Такое сложение осуществляется с помощью дифференцирующего фазопередающего устройства. Необходимое функциональное преобразование сигнала рассогласования системы может быть допустимо с помощью корректирующих устройств, включаемых в главный контур управления последовательно элементам системы или в цепи местных обратных связей.
Задача курсовой работы заключается в том, чтобы проанализировать данную САУ на устойчивость и качественность работы. Если система не удовлетворяет требованиям устойчивости и качества, то необходимо обеспечить удовлетворение этих требований путем введения в САУ корректирующего звена.
АНАЛИЗ ИСХОДНОЙ САУ
Анализ устойчивости
Согласно полученным данным, структурная схема электропривода будет иметь вид (см. рис. 1.2).
Рисунок 1.2 — Структурная схема исходной САУ
Проанализируем устойчивость САУ, используя критерий Рауса-Гурвица, суть и основные положения которого описаны в источнике [2]. Для анализа по этому критерию необходимо получить характеристический полином. Для получения характеристического полинома найдем передаточную функцию системы:
, (1.4)
где 
— передаточная функция разомкнутой САУ.
Подставляя данные, получим:
.
Так как один из корней знаменателя нулевой, то система находится на границе устойчивости.
Теперь получим выражение для замкнутой САУ с единичной отрицательной обратной связью:
, (1.5)
где 
— передаточная функция замкнутой САУ;
— передаточная функция обратной связи. В данном случае 
.
Подставив в формулу (1.5) рассчитанные ранее числовые значения, получим:
.
Получили характеристический полином 4-го порядка.
Для определения устойчивости системы запишем определитель Гурвица:
, (1.6)
где 
— коэффициенты знаменателя соответственно.
Подставляя числа, получим:
.
Для устойчивости системы необходимо, чтобы, 
, 
, 
, 
, 
. Проверяем:
.
.
.
.
Так как 
, то система неустойчива, а это значит, что необходимо проектировать корректирующие устройства.
ДИНАМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ САУ ПО ЗАДАННЫМ ТРЕБОВАНИЯМ К КАЧЕСТВУ ЕЕ РАБОТЫ
ВЫВОДЫ
В процессе выполнения работы была проанализирована автоматическая система — электропривод постоянного тока. Для нее были выполнены последовательная и параллельная коррекция.
Последовательное корректирующее устройство вводит производную по рассогласованию, что увеличивает запас устойчивости системы и улучшает качество переходных процессов. При реализации этого вида коррекции были достигнуты следующие параметры точности:
, 
.
Недостатки этого вида коррекции:
— в процессе эксплуатации при изменении параметров последовательных элементов системы, уменьшается эффект коррекции;
— 
-контуры чувствительны к высокочастотным помехам.
Параллельные корректирующие устройства работают при меньшем уровне помех, чем последовательные, так как сигнал поступает на него пройдя в начале через всю систему, являющуюся фильтром низких частот. Благодаря этому эффективность действия параллельного корректирующего устройства при наложении помех на сигнал ошибки снижается в меньшей мере, чем последовательного. Здесь были достигнуты следующие параметры точности:
, 
.
Коррекция с помощью обратных связей обладает следующими достоинствами:
— нелинейные свойства элементов, охваченных обратной связью, линеаризуются, так как передаточные свойства охваченного участка определяются параметрами контура в цепи обратной связи.
Вместе с достоинствами есть и недостатки, такие как:
— сложность и большая стоимость их реализации;
— трудности при суммировании сигнала обратной связи и сигнала обратной связи и сигнала ошибки;
— контур обратной связи сам по себе может оказаться неустойчивым.
Последовательная коррекция применяется в маломощных системах, а коррекция с ОС в мощных системах.
Наблюдатель Люенбергера является наилучшим корректирующим устройством, которое приближает переходной процесс к желаемому, но его реализация сложна, так как необходимо выполнить еще одно интегрирующее устройство, а также устройство сложения и сравнения сигналов от различных интеграторов. Этот вид коррекции применяется в тех случаях, когда ОС нельзя поставить во все измеряемые точки.
Наблюдатель Люенбергера по нескольким измеряемым состояниям, после обработки и сравнения данных судит о протекающем технологическом процессе и выдает соответствующие сигналы на регулятор, который корректирует САУ.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Зайцев Г. Ф. Теория автоматического управления и регулирования. — К.: "Высшая школа", 1989, — 431с.
2. Юревич Е. И. Теория автоматического управления. Учебник для студентов высших технических учебных заведений. Издание 2-е, переработанное и дополненное —Л.: "Энергия", 1975.
3. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления, под редакцией В. А. Бесекерского, 5-е издание, переработанное. — М.: "Наука", 1978, — 512с.
4. Клюев А. С. Автоматическое регулирование. Издательство 2-е, переработанное и дополненое. — М.: "Энергия", 1973.
5. Солодовников В. В. Основы теории и элементы системы автоматического регулирования. — М.: "Машиностроение", 1985, - 476с.
6. Воронов А. В. Теория автоматического управления. — М.: "Машиностроение", 1977, - 455с.
ВВЕДЕНИЕ
В САУ, состоящих только из функционально-необходимых элементов, хотя и уменьшаются ошибки по сравнению с системами, в которых отсутствуют автоматические управляющие устройства (регуляторы), обычно не удается получить требуемых показателей качества. В замкнутых системах это объясняется тем, что условия для достижения высокой точности в установившемся и переходном режимах имеют противоречивый характер. Действительно для уменьшения ошибки в установившемся режиме необходимо повышать коэффициент усиления системы в разомкнутом состоянии . С увеличением уменьшается запас устойчивости системы и, следовательно, ухудшается переходной процесс. Возможно и то, что система станет раньше неустойчивой, чем удается получить требуемой коэффициент усиления . Для того чтобы при увеличении сохранить устойчивость и улучшить показатели качества переходного процесса, необходимо соответствующим образом изменить частотные характеристики системы - осуществить коррекцию системы.
Под коррекцией САУ понимается изменение их динамических свойств с целью обеспечения требуемого запаса устойчивости, повышения динамической точности и показателей качества переходного процесса. Для коррекции в систему включают корректирующие устройства. Ухудшение переходного процесса и потеря устойчивости при увеличении связаны с запаздыванием в системе колебаний по фазе. Следовательно, необходимо частично скомпенсировать запаздывание в некоторой полосе частот. Опережение по фазе может быть допустимо в результате сложения напряжения сигнала рассогласования с производной от него. Такое сложение осуществляется с помощью дифференцирующего фазопередающего устройства. Необходимое функциональное преобразование сигнала рассогласования системы может быть допустимо с помощью корректирующих устройств, включаемых в главный контур управления последовательно элементам системы или в цепи местных обратных связей.
Задача курсовой работы заключается в том, чтобы проанализировать данную САУ на устойчивость и качественность работы. Если система не удовлетворяет требованиям устойчивости и качества, то необходимо обеспечить удовлетворение этих требований путем введения в САУ корректирующего звена.
АНАЛИЗ ИСХОДНОЙ САУ
Описание структурной схемы САУ электропривода постоянного тока
Структурная схема системы автоматического регулирования приведена на рис. 1.1.
Рисунок 1.1 — Структурная схема САУ электропривода постоянного тока
Здесь:
— 
— передаточная функция измерительного устройства (ИУ);
— 
— передаточная функция фазочувствительного выпрямителя (ФЧВ);
— 
— передаточная функция предварительного усилителя (ПУ);
— 
— передаточная функция электромашинного усилителя (ЭМУ);
— 
— передаточная функция двигателя постоянного тока;
— 
— передаточная функция редуктора.
Измерительное устройство предназначено для измерения (сравнения) входных сигналов 
и 
и выдачи сигнала рассогласования 
, обработанного соответствующим образом.
Фазочувствительный выпрямитель предназначается для выпрямления переменного напряжения.
Предварительный усилитель обеспечивает заданную точность САУ. Он представляет собой каскадный усилитель с фиксированным коэффициентом усиления.
Электромашинный усилитель регулирует напряжение питания двигателя и представляет собой генератор постоянного тока с несколькими обмотками возбуждения с фиксированной частотой вращения ротора от приводного двигателя.
1.2 Расчет коэффициента усиления САУ и определение коэффициента передачи предварительного усилителя
Определим общий коэффициент усиления системы:
, (1.1)
где 
— максимальное значение скорости задающего воздействия;
— составляющая ошибки по скорости.
С другой стороны:
. (1.2)
Принимая 
, можно вычислить 
:
. (1.3)
Анализ устойчивости
Согласно полученным данным, структурная схема электропривода будет иметь вид (см. рис. 1.2).
Рисунок 1.2 — Структурная схема исходной САУ
Проанализируем устойчивость САУ, используя критерий Рауса-Гурвица, суть и основные положения которого описаны в источнике [2]. Для анализа по этому критерию необходимо получить характеристический полином. Для получения характеристического полинома найдем передаточную функцию системы:
, (1.4)
где — передаточная функция разомкнутой САУ.
Подставляя данные, получим:
.
Так как один из корней знаменателя нулевой, то система находится на границе устойчивости.
Теперь получим выражение для замкнутой САУ с единичной отрицательной обратной связью:
, (1.5)
где — передаточная функция замкнутой САУ;
— передаточная функция обратной связи. В данном случае .
Подставив в формулу (1.5) рассчитанные ранее числовые значения, получим:
.
Получили характеристический полином 4-го порядка.
Для определения устойчивости системы запишем определитель Гурвица:
, (1.6)
где — коэффициенты знаменателя соответственно.
Подставляя числа, получим:
.
Для устойчивости системы необходимо, чтобы, , , , , . Проверяем:
.
.
.
.
Так как , то система неустойчива, а это значит, что необходимо проектировать корректирующие устройства.
ДИНАМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ САУ ПО ЗАДАННЫМ ТРЕБОВАНИЯМ К КАЧЕСТВУ ЕЕ РАБОТЫ
Дата: 2019-05-28, просмотров: 194.
