Изучение обьекта и синтез регулятора системы управления

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения 

Кафедра «Радиотехнические управляющие системы»

ИЗУЧЕНИЕ ОБЬЕКТА И СИНТЕЗ РЕГУЛЯТОРА

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

«Теория автоматического управления»

Студент гр. 25л

___________Д. Ю. Шарканов

(подпись студента)

Руководитель

____________А. А. Лаврухин

(подпись преподавателя)

________________________

(оценка)                                                             

Омск 2008

Реферат

УДК 681.398

Курсовой проект содержит: 39 страницы, 25 рисунков, 5 таблиц, 8 источников.

Объект, управление, переходная характеристика, передаточная функция, регулятор, частота.

В данном курсовом проекте находится передаточная функция двигателя, строится его математическая модель, находятся параметры регуляторов,  проводится анализ качества и точности системы по переходным характеристикам и выбирается оптимальный закон регулирования.

При выполнении курсового проекта использованы электронные пакеты   Microsoft Word 2003, Macromedia Flash MX, MATLAB 6.5, MATLAB R2006b

Вариант – 13.

Содержание

Задание……………………………………………………………………………………………4

Введение.........................................................................................................................................5                               1 Построение модели объекта управления……………………..................................................6

2  Моделирование  объекта управления…................................................................................11

3 Расчет регуляторов………………………………...................................................................14

3.1Настройка ПИ-регулятора……………………………………….........................................20

3.2 Настройка ПИ- и  ПИД-регулятора…………………………..............................................25

3.3 Автоматическая настройка регуляторов.............................................................................26

4 Выбор оптимального регулятора……………………………………………………..……..28

Заключение...................................................................................................................................39

Список литературы......................................................................................................................38

Задание

 Рассчитать по паспортным данным двигателя необходимые параметры ( Tя , се , см );  и получить передаточную функцию с рассчитанными значениями всех коэффициентов; построить структурную схему. Напряжение возбуждения принять равным 220. Технические данные двигателя  приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Технические данные двигателя серии 2П

Собрать модель электродвигателя с рассчитанными параметрами в среде Simulink. Промоделировать работу двигателя с различными нагрузками.

Рассчитать настроечные параметры kП и kИ для П-, И- и ПИ-регуляторов по методике, основанной на заданном расположении нулей и полюсов передаточной функции. Рассчитать настроечные параметры kП , kИ  и  kД  для ПИ-, ПИД-регуляторов, оптимальных по степени устойчивости. Найти параметры kП , kИ  и kД для ПИ-, ПИД-регуляторов, с помощью блока Signal Constraint.

Для каждого из рассчитанных регуляторов построить переходную характеристику и получить показатели качества. Выбрать наилучший регулятор.

Введение

Повышение эффективности производственных и технологических процессов неразрывно связано с их автоматизацией и созданием систем автоматического управления (САУ), обеспечивающих высокую точность отработки сигналов.

Проектирование современных САУ представляет достаточно сложную проблему. Во-первых, в системы входят устройства и объекты различной физической природы. Для получения их моделей необходимо знать в математической форме основные физические закономерности, описывающие процессы, протекающие в системах.

Вторая причина сложности выполнения проектных работ в значительной степени определяется математическим аппаратом, используемым при анализе объектов и систем управления.

Весь процесс проектирования САУ делится на несколько этапов, причем может выполняться как традиционными методами, так и с использованием средств автоматизации.

Первый этап проектирования – построение математической модели объекта управления. Зная физические процессы, протекающие в объекте, можно при определенных допущениях описать его поведение аналитически.

Второй этап проектирования – выбор устройств неизменяемой и изменяемой частей системы. К неизменяемой части принято относить исполнительные и измерительные средства. К изменяемой части системы относят устройства компенсации сигналов, коррекции динамических характеристик, выработки управляющих воздействий.

Третий этап проектирования – решение задач синтеза и анализа. Исходя  из требований к системе, ее синтезируют и анализируют её устойчивость, точность и качество процессов управления (существуют различные методы синтеза и анализа).

Курсовая работа состоит из двух частей. В первой части необходимо изучить объект управления: определить его передаточную функцию и построить структурную схему двигателя; промоделировать его работу с различными нагрузками в среде Simulink.

Во второй – определить оптимальные значения параметров основных типовых регуляторов, провести сравнительный анализ различных законов регулирования по устойчивости, качеству, точности управления, обосновать и выбрать вид регулятора.

1 Построение модели объекта управления

В подавляющем большинстве случаев исполнительные двигатели постоянного тока в автоматических системах управления включаются по схеме с независимым возбуждением. Особенность такого подключения заключается в том, что напряжения на обмотках статора и ротора можно изменять независимо, тем самым гибко управляя скоростью вращения в достаточно широком диапазоне. Схема двигателя независимого возбуждения представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема включения двигателя

Построение динамической модели электродвигателя основано на описании происходящих в нем электромагнитных и электромеханических процессов. На основании второго закона Кирхгоффа, записанного для якорной цепи, справедливо уравнение:

где uЯ – напряжение, подаваемое на зажимы якорной цепи, В; iЯ – ток в цепи якоря, А; RЯ – сопротивление обмотки якоря, Ом; LЯ – индуктивность, Гн; e – ЭДС вращения двигателя, В.

Уравнение, записанное для обмотки возбуждения, имеет вид:

где uВ – напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения, В; iВ – ток в обмотке возбуждения, А; Rв – сопротивление обмотки возбуждения, Ом; LВ – индуктивность, Гн.

На основании второго закона Ньютона динамика механической части описывается уравнением:

где J – момент инерции вращающихся частей, кг·м2; ω – скорость вращения вала, рад/с; М – вращающий момент, Н·м; МВ – суммарный механический момент действующих на вал двигателя внешних сил, Н·м.

Уравнения (1.1) – (1.3)  могут быть переписаны для изображений сигналов:

Постоянные времени, входящие в уравнения (1.4) – (1.5), определяются отношениями:

Величина вращающего момента определяется по формуле:

а ЭДС двигателя –

Коэффициенты cM и cE зависят от конструктивных параметров двигателя и установившегося тока в обмотке возбуждения. Паспортные данные двигателя представлены в таблице 1.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6