Построение и анализ математической модели объекта управления
В ходе выполнения курсовой работы была построена математическая модель объекта управления в пространстве состояния, составлены граф системы и структурная схема. По формуле Мейсона найдена передаточная функция системы, построены графики временных и частотных характеристик системы, определены оценки качества системы по данным характеристикам. Построим математическую модель объекта управления… Читать ещё >
Построение и анализ математической модели объекта управления (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Техническое задание
Данные
R1 | R2 | R3 | R4 | R6 | L2 | L3 | C1 | C2 | |
Ом | Гн. | 10-6Ф | |||||||
Эквивалентная схема объекта управления
Рисунок 1. Исходная схема Содержание
1. Построение математической модели объекта управления в пространстве состояния
2. Построение математической модели
3. Построение сигнального графа
4. Нахождение передаточной функции по формуле Мейсона
5. По передаточной функции определить временные и частотные характеристики и построить их графики
6. Определить прямые и косвенные оценки качества ОУ по полученным зависимостям
Заключение
Список используемой литературы математический управление передаточный временный
1. Построим математическую модель объекта управления в пространстве состояния Рисунок 2 Структурная схема ОУ В схеме четыре элемента, запасающих энергию: L1,L2,C1,C2, следовательно, математическая модель должна быть четвертого порядка.
При построении математических моделей следует учитывать следующие выражения для связи токов, напряжений и комплексных сопротивлений элементов электрической схемы.
Для сопротивления R
Для индуктивности L
Для емкости C
2. Построение математической модели Задаемся направлением контурных токов i1, i2,i3,i4. Составляем четыре уравнения по второму закону Кирхгофа для контуров:
В уравнениях (1),(4) есть интегралы, поэтому продифференцируем их:
В уравнениях и есть производные, в качестве x1, x2,x3,x4 выбираем элементы с производными и производные берем на порядок ниже:
Запишем введенный вектор состояния в виде дифференциальных уравнений первого порядка.
Уравнение в пространстве состояний записывается в левой части:
Выразим токи i1, i2,i3,i4 из уравнений :
Найдем :
выходной параметр:
Получили четыре дифференциальных уравнения и одно уравнение для выходного параметра.
Запишем полученную систему уравнений в матричном виде:
Получим матричное уравнение для выходной переменной:
3. Построение сигнального графа Перепишем уравнения в общем, виде для построения графа системы:
4. Нахождение передаточной функции по формуле Мейсона
где к — количество возможных прямых путей от входа к выходу;
? — определитель графа;
Рk — коэффициент передачи кого пути от входа к выходу;
?к — определитель всех касающихся контуров при удалении кого пути;
— сумма коэффициентов передачи всех отдельных контуров;
— сумма всех возможных произведений из 2-х не касающихся контуров;
— сумма всех возможных комбинаций из 3-х не касающихся контуров.
С учетом всех перечисленных формул для нахождения передаточной функции по формуле Мейсона необходимо выполнить действия в определенной последовательности:
— определить и записать уравнения всех к прямых путей от входа к выходу Р1, Р2,…, РК ;
— выявить число замкнутых контуров и записать их уравнения Lx, L2,…, Ln;
— записать выражение для определителя системы ?;
— записать определители путей: ?1, ?2, ?k;
— записать и преобразовать выражение передаточной функции W (p).
В данном случае есть 5 пути от входа к выходу:
;
В системе имеется 7 замкнутых контуров:
Определитель системы ?:
Количество сомножителей равно количеству прямых путей. Выражение для записывается как выражение для, но разрываются контуры, через которые проходит прямой путь Pi.
Определитель путей? k:
Запишем и преобразуем выражение передаточной функции:
5. По передаточной функции определить временные и частотные харак теристики и построить их графики Переходная функция:
Рис. 5 График переходной функции.
Весовая функция:
Рис. 6 График весовой функции.
Строим графики АЧХ и ФЧХ.
Рис. 7 График АЧХ (амплитудно-частотная характеристика).
Рис. 8 График ФЧХ (фазо-частотная характеристика):
6. Определить прямые и косвенные оценки качества ОУ по полученным зависимостям Определим качество системы по графику переходного процесса h (t).
а) Прямые оценки качества:
tp= 11 с — время переходного процесса (время регулирования);
— перерегулирование;
n=0.5 — колебательность;
tH= 0.385 -время нарастания регулируемой величины;
tcor=0.66 — время первого согласования;
б) Косвенные оценки качества:
Показатель колебательности:
Резонансная частота:
Частота среза: сp=10
Полоса пропускания частот:
Заключение
В ходе выполнения курсовой работы была построена математическая модель объекта управления в пространстве состояния, составлены граф системы и структурная схема. По формуле Мейсона найдена передаточная функция системы, построены графики временных и частотных характеристик системы, определены оценки качества системы по данным характеристикам.
Список используемой литературы
1. Брофеев Ю. И. Импульсная техника. -М.: Высшая школа, 1984.
2. Р. Ли Оптимальные оценки, определение характеристик и управление. -М.: Наука, 1966.
3. Справочное пособие по теории систем автоматического регулирования и управления под ред. Е. А. Санковского — Минск: Высшая школа, 1973.