Расчет структурной схемы системы автоматического управления
Устойчивость замкнутой САУ с помощью критерия Найквиста и логарифмических частотных характеристик Степень астатизма системы н=0 и характеристический полином разомкнутой системы имеет все корни в левой половине комплексной плоскости, то критерий Найквиста будет следующим: Для того чтобы замкнутая САУ была устойчивой необходимо и достаточно, чтобы годограф амплитудно-фазовой характеристики… Читать ещё >
Расчет структурной схемы системы автоматического управления (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине: «Теория автоматического управления»
Уфа 2011
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ Вариант 16
Схема | k1 | k2 | k3 | k4 | k5 | T1 | T2 | T3 | T4 | T5 | о | |
(а) | 1.5 | 0.7 | 0.4 | 0.3 | 0.5 | 0.15 | 0.9 | 0.5 | ||||
Схема а:
Для структурной схемы САУ, соответствующей выбранному варианту, выполнить следующие действия:
1) Определить передаточную функцию разомкнутой системы, привести ее к стандартной форме записи. Определить степень астатизма системы.
2) Определить амплитудно-фазовую, вещественную и мнимую частотные характеристики.
3) Построить годограф АФЧХ разомкнутой системы.
4) Найти выражения для асимптотической ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы.
5) Построить в масштабе ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы.
6) Определить устойчивость замкнутой САР с помощью критерия Найквиста и логарифмических частотных характеристик.
7) Найти запасы устойчивости системы по фазе и амплитуде.
8) Записать выражение для передаточной функции замкнутой системы и проверить выводы пункта 6 с помощью алгебраических критериев Рауса и Гурвица.
9) Проверить выводы пункта 6 с помощью частотного критерия Михайлова.
10) Найти коэффициенты С0, С1, С2 ошибок системы.
11) Построить с помощью ЭВМ переходную функцию замкнутой системы и оценить основные показатели качества регулирования (перерегулирование, и время регулирования) в системе.
передаточный астатизм амплитудный голограф
1. Передаточная функция разомкнутой системы Упростим схему.
Где
;; ;;; .
Перенесем сумматор.
Затем упростим.
Где
;
Где
;
Где
;
;; ;; .
;
;
Степень астатизма н=0. Коэффициент передачи К=1.71. Постоянные времени: Т1=0.15, Т2=0.23, Т3=0.23, Т4=0.4, Т5=0.39, Т6=0.34, о=0.24.
2. Частотная передаточная функция системы (s>jщ) Особые точки АФЧХ приведены в таблице 1.
Таблица 1.
щ | 2,85 | |||
P (щ) | 1.71 | |||
Q (щ) | — 2.46 | |||
3. Годограф АФЧХ разомкнутой системы Годограф (рисунок 1) при щ=0 начинается на положительной вещественной полуоси. При щ>? через четвертый и третий квадранты стремиться к нулю. Пересекает при щ=0 вещественную ось в точке (1,71;j0) и при щ=2,85 пересекает мнимую ось в точке (0;-j2.46).
Рисунок 1.
4. Асимптотическая ЛАХ и ЛФХ Асимптотическая ЛАХ:
Асимптотическая ЛФХ:
5. Построение в масштабе ЛАХ и ЛФХ системы
1) Значение ЛАХ при щ =1 равно 20lgK, где К — коэффициент передачи разомкнутой системы. К=1,71, значит ЛАХ пересекает ось L (щ) на уровне 4.66.
2) Степень астатизма системы н =0, следовательно наклон самой низкочастотной асимптоты равен 0 дБ/дек.
3) Таблица значений сопрягаемых частот.
Таблица 2.
Т | 0.4 | 0.39 | 0.34 | 0.23 | 0.23 | 0.15 | |
щ | 2.5 | 2.56 | 2.94 | 4.35 | 4.35 | 6.67 | |
Изменение наклона (дБ/дек) | — 20 | — 20 | — 40 | +20 | +20 | +20 | |
Асимптотическая ЛАХ, построенная от руки (схематично) по информации из таблицы 2 показана на рисунке 2.
Рисунок 2.
На рисунке 3 показаны в масштабе ЛАХ и ЛФХ системы, построенные с помощью ЭВМ.
Рисунок 3.
6. Устойчивость замкнутой САУ с помощью критерия Найквиста и логарифмических частотных характеристик Степень астатизма системы н=0 и характеристический полином разомкнутой системы имеет все корни в левой половине комплексной плоскости, то критерий Найквиста будет следующим: Для того чтобы замкнутая САУ была устойчивой необходимо и достаточно, чтобы годограф амплитудно-фазовой характеристики разомкнутой системы не охватывал точку с координатами (-1; j0).
На рисунке 4 изображен годограф АФХ. Он не охватывает точку (-1; j0), следовательно, замкнутая система будет устойчивой.
Рисунок 4.
7. Запасы устойчивости по фазе и амплитуде Как видно из рисунка 4 годограф не пересекает отрицательную вещественную полуось, следовательно, запас устойчивости по амплитуде 100%.
Рассчитаем запас устойчивости по фазе:
Найдем щср(частоту среза) из условия A (щ)=1
щср=3,924 с-1
Таким образом запас по фазе составляет 39,230.
Передаточная функция замкнутой системы может быть найдена по следующей формуле Характеристический полином системы:
Определение устойчивости замкнутой системы методом Рауса.
Таблица Рауса.
a0 | a2 | a4 | ||
a1 | a3 | a5=0 | ||
C13=a2-ф3a3 | C23=a4-ф3a5 | C33=a6-ф3a7 | ф 3 =a0/a1 | |
C14=a3— ф4C23 | C24=a5— ф4C33 | C34=0 | ф 4=a1/C13 | |
C15=C23-ф5C24 | C25=C33-ф5C34 | C35=0 | ф 5=C13/C14 | |
C16=C24-ф6C25 | C26=C34-ф6C35 | C36=0 | ф 6=C14/C15 | |
Заполним таблицу.
0.018 | 0.612 | 2.71 | ||
0.1314 | ||||
C13=0.3384 | C23=2.71 | C33=0 | ф 3 =0.137 | |
C14=0.948 | C24=0 | C34=0 | ф 4=0.388 | |
C15=2.71 | C25=0 | C35=0 | ф 5=0.357 | |
C16=0 | C26=0 | C36=0 | ф 6=0.34 | |
Все элементы первого столбца таблицы имеют один и тот же знак, следовательно, характеристический полином замкнутой системы имеет корни только в левой половине комплексной плоскости. Замкнутая САУ устойчива.
Определение устойчивости замкнутой системы методом Гурвица.
Построим определители Гурвица Все определители Гурвица положительны, следовательно, характеристический полином замкнутой системы имеет корни только в левой половине комплексной плоскости. Замкнутая САУ устойчива.
8. Определение устойчивости замкнутой системы с помощью частотного критерия Михайлова Характеристический полином системы
s>jщ Вещественная функция Михайлова:
.
Мнимая функция Михайлова:
Решим уравнения
; .
Учитываем корни щ > 0
; ;
; .
;; .
Построим таблицу
щ | 2.88 | 3.9 | 5.36 | ||
Re (щ) | 2.71 | — 2.44 | |||
Im (щ) | — 9.57 | ||||
Годограф Михайлова (в схематичном виде) представлен на рисунке 5.
Рисунок 5.
Критерий Михайлова: Замкнутая САУ будет устойчивой тогда и только тогда, когда годограф Михайлова, при изменении частоты щ от 0 до +? начинаясь на положительной действительной полуоси последовательно и нигде не обращаясь в 0 пересекает n квадрантов комплексной плоскости (где n — порядок характеристического полинома САУ).
В данном случае годограф соответствует критерию Михайлова, значит замкнутая САУ устойчива.
9. Коэффициенты ошибок системы Передаточная функция ошибки будет иметь вид
10. Переходная функция САУ Найдем корни N (s):
Получим следующее:
Построим график с помощью ЭВМ.
График переходной функции.
Из графика видно, что время регулирования tp?3.29с, а перерегулирование
.