|
|
0.000 |
0.212 |
0.043 |
0.018 |
0.013 |
1.9∙10-3 |
2.3∙10-5 |
1.1∙10-5 |
4.9∙10-6 |
1.5∙10-5 |
Далее находим сумму квадратов отклонений:
Динамическая модель объекта первого порядка без запаздывания является наименее точной, поэтому ее применение не целесообразно при моделировании динамики объекта. Ниже приведен проверочный расчет динамической модели объекта первого порядка без запаздыванием и модели второго порядка без запаздыванием на ЭВМ в системе MathCad.
2.3. Модель объекта первого порядка с запаздыванием
Динамическая модель первого порядка с запаздыванием представляет собой неоднородное дифференциальное уравнение первого порядка:
(2.4)
где T - постоянная времени объекта;
k - коэффициент передачи при 50% номинального режима;
- время запаздывания.
Решением уравнения (2.1) будет экспоненциальная зависимость сигнала на выходе от времени:
(2.5)
где y0=0 - начальное состояние выхода объекта;
k.x=yуст.=10 - установившееся состояние выхода объекта.
Проведем преобразования, аналогичные модели без запаздывания
или запишем в виде системы :
(2.6)
где берется из табл. 7.
Так как , и , то все уравнения содержащие эти элементы в расчете участвовать не будут.
Решим систему (2.6) методом наименьших квадратов. Составим матрицы:
- искомых величин:
- правой части системы:
- левой части системы:
- произведение
- произведение
Таким образом получили матричное уравнение:
Находим главный определитель:
Подставляя матрицу поочередно в первый и второй столбец матрицы , находим вспомогательные определители:
Находим постоянную времени и время задержки:
Таким образом динамическая характеристика первого порядка с запаздыванием будет иметь вид:
Вычислим аналитические значения функции, их отклонения от экспериментальных значений, а также квадраты отклонений, причем значения функции при учитывать не будем. Результаты сведем в табл. 8.
Таблица 8
Результаты расчета
i
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
yi
0
0
0.5
0,71
0,8
0,91
0,98
0,99
0,995
1
yiанал
0
0
0.199
0.565
0.764
0.872
0.93
0.962
0.98
0.989
yi
0
0
0.301
0.145
0.036
0.038
0.05
0.028
0.015
0.011
0
0
0.090493
0.020928
0.001291
0.001448
0.002451
0.000769
0.00024
0.000124
Далее находим сумму квадратов отклонений:
.
Так как сумма квадратов отклонений у модели с запаздыванием меньше, чем у модели без запаздывания, то ее использование позволяет более точно описывать протекание переходного процесса.
Расчет на ЭВМ моделей более высоких порядков показывает, что наименьшее значение суммы квадратов отклонений будет у модели второго порядка. Поэтому в дальнейших расчетах будем выполнять все действия именно для модели второго порядка.
Ниже приведен проверочный расчет динамической модели объекта первого порядка с запаздыванием и модели второго порядка с запаздыванием на ЭВМ в системе MathCad.
3. Построение математической модели.
Передаточная характеристика объекта представляет собой отношение выходной величины к входной величине.
Передаточная характеристика объекта второго порядка с запаздыванием отличается от характеристики первого порядка наличием в знаменателе дроби квадрата суммы:
После подстановки известных численных значений и всех преобразований, получим:
Приведем полученное выражение к нормальной системе дифференциальных уравнений первого порядка и построим математическую модель объекта на ЭВМ в системе MathCad.
- Аналитическое решение.
Для отыскания аналитического решения решим характеристическое уравнение:
0,931 р2 + 1,93 р + 1 = 0 (4.1)
p1 = -1,781; p2 = - 0,290 - корни характеристического уравнения.
Ввиду того, что корни характеристического уравнения кратные подставим их в выражение вида:
u(t) = kx . [1 – [1 + p . (t – τ) ] . e p(t – τ) ] (4.2)
где к – коэффициент передачи при 50% номинального режима
р – корни характеристического уравнения (4.3)
t – соответствующий момент времени
τ – время запаздывания
Подставляя соответствующие значения к, р, t, τ получим график переходного процесса в объекте.
Ввиду сложности расчеты производятся на ПЭВМ (см. распечатку)
5. Частотные характеристики.
Частотные характеристики объекта связаны с его передаточной функцией следующим образом:
где к = к (50%) = 0.428- коэффициент передачи при 50%:
Т = 0.965- постоянная времени:
t = 0.715- время запаздывания.
е-τp = cos(w . t) - j . sin(w . t).
Заменив, в выражении для объекта второго порядка величину p на мнимую величину jw, получим комплексную функцию W(jw).
Преобразовав выражение (4.1) получим, что:
Обозначим в формуле (5.2) :
- Вещественная частотная
характеристика системы
- мнимая частотная
частотная характеристика системы
Подставив R(w) и I(w) в уравнение (5.2):
W(jw) = R(w) + j .I(w)
Составим соотношения, связывающие между собой частотные характеристики :
где А(w) - амплитудно-частотная характеристика
L(w) - логарифмическая амплитудно-частотная характеристика.
F(w) - фазочастотная характеристика
По формулам (5.3) - (5.5) находим значения для построения частотных характеристик. Эти значения сведены в таблицу 5.1 стр. 30.
Ниже приведен расчет частотных характеристик объекта на ЭВМ в системе MathCAD . Расчет произведен в диапазоне частот 0...2 c-1 для 100 точек. Также представлены графики при следующих характеристик:
- амплитудно-частотной;
- логарифмической амплитудно-частотной;
- фазо-частотной;
- амплитудно-фазо-частотной.
Расчет расширенных частотных характеристик
При расчете расширенных частотных характеристик вместо замены производят замену , где m=0,221 - степень колебательности системы. Введем обозначение:
где
Далее, аналогично обычным частотным характеристикам, задавшись рядом частот, подаваемых на вход объекта, производим расчет расширенной амплитудно-частотной характеристики по формуле:
Затем рассчитываем расширенную фазо-частотную характеристику по формуле:
.
Ниже приведен расчет расширенных частотных характеристик объекта на ЭВМ в системе MathCAD . Расчет произведен в диапазоне частот 0...2 c-1 для 100 точек. Также представлены графики при следующих характеристик:
- расширенной амплитудно-частотной;
- расширенной амплитудно-фазо-частотной.
6. Выбор и расчет параметров настройки регуляторов.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.