Анализ временных и частотных характеристик типовых звеньев
Частотная передаточная функция при подстановке в обычную передаточную функцию равна произведению частотных передаточных функций отдельных звеньев. Такой подход позволяет изучать динамические свойства системы по динамическим свойствам ограниченного набора базовых (типовых) динамических звеньев. Собрать схему последовательного соединения 2-х типовых звеньев, подать на вход ступенчатый сигнал… Читать ещё >
Анализ временных и частотных характеристик типовых звеньев (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Федеральное агентство по образованию
Московский государственный горный университет
Отчет
по лабораторной работе № 1,2
по дисциплине «Основы теории управления»
Выполнила:
Шмаглиенко А.В.
Литовченко А. А.
Проверила:
Акимова О.Ю.
Москва 2012
Лабораторная работа № 1, 2
Исследование динамических характеристик типовых звеньев и их соединений с использованием Simulink
Цель: Исследование временных и частотных характеристик типовых звеньев и их соединений.
Теоретическая часть:
Динамической характеристикой системы называют её реакцию на типовые входные воздействия.
При описании автоматизированной системы часто оказывается целесообразным расчленение системы на элементы не по функциональному назначению, а по динамическим свойствам.
Такой подход позволяет изучать динамические свойства системы по динамическим свойствам ограниченного набора базовых (типовых) динамических звеньев.
Таблица
Модель, передаточная функция и переходная характеристика динамического звена
Тип звена | Модель звена | Передаточная функция звена | Переходная характеристика звена | |
Инерционное | ||||
u (t) — произвольное воздействие y (t) — реакция системы на u (t) K — передаточный коэффициент, характеризующий свойства звена в статическом (установившемся) режиме Т — постоянная времени, характеризующая инерционность звена | ||||
Колебательное | ||||
— относительный коэффициент затухания — коэффициент затухания — собственная частота колебаний — резонансная частота колебаний | ||||
Интегрирующее | ||||
Запаздывания | ||||
— постоянная запаздывания Передаточная функция не имеет дробно-рационального представления. | ||||
Выполнение
Задание № 1.
Собрать схемы инерционного, колебательного, интегрирующего звеньев и звена запаздывания с заданными параметрами и исследовать кривые переходящих процессов, по которым определить параметры звеньев. Переходная характеристика h (t) — это зависимость изменения входной величины системы от времени при подаче на ее вход единичного ступенчатого воздействия при нулевых начальных условиях.
Инерционное звено | |||
Колебательное звено | |||
Интегрирующее звено | |||
Звено запаздывания | |||
Выводы:
· Переходная характеристика имеет вид экспоненты, по которой можно определить передаточный коэффициент К, равный установившемуся значению h (t) и постоянную времени Т — по времени t соответствующую точке пересечения касательной к кривой в начале координат с ее асимптотой. Чем больше постоянная времени звена, тем дольше длиться переходной процесс, то есть медленнее устанавливается значение К = h (t).
Практически переходный процесс считается закончившимся через промежуток времени. Иногда принимают .
· Имеется инерциальное затухание переходного процесса. Снижение параметра затухания переходного процесса приводит к повышению уровня колебаний в переходном процессе.
· Инерциальное звено неограниченно накапливает входное воздействие.
· Выходная величина (сигнал) копирует входную величину, но с запаздыванием на время ф.
Задание № 2.
Снять АФЧХ инерционного и колебательного звеньев. По полученным данным построить АФЧХ, АЧХ, ФЧХ на каждое звено
Практически АЧХ показывает зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты входного, а ФЧХ — зависимость фазового сдвига, вносимого системой в выходной сигнал, от частоты входного сигнала. Частотная характеристика при фиксированной частоте изображается вектором на комплексной плоскости. При изменении частоты от 0 до, конец вектора опишет на комплексной плоскости кривую, называемую годографом или АФЧХ.
1. Инерционное звено.
, рад/с | ? | |||||||
А | 1,8 | 1,4 | 1,1 | 0,6 | 0,25 | |||
-28 | -34 | -62 | -69 | -89 | -90 | |||
- перевод в градусы; ;
АФЧХ
АЧХ
ФЧХ
Вывод:
АФЧХ для положительных частот имеет вид полуокружности с диаметром равным коэффициенту передачи К. Величина постоянной времени звена определяет распределение отметок частоты вдоль кривой. Из АЧХ видно, что колебания малых частот пропускаются с отношением амплитуд выходной и входной величин близким к К.
Колебания больших частот проходят с сильным ослаблением амплитуды, т. е. плохо пропускаются звеном.
Чем меньше Т, тем шире полоса пропускания частот.
2. Колебательное звено.
, рад/с | ? | |||||||
А | 2,7 | 3,5 | 2,3 | 0,4 | ||||
-7 | -31 | -84 | -110 | -165 | -180 | |||
АФЧХ
АЧХ
ФЧХ
Инерционное звено
W(S)=
ц(щ)=arctg (-?)
АЧХ
ФЧХ
АФЧХ
Звено запаздывания
W(S)=
ц(щ)=- щ?
АЧХ
ФЧХ
АФЧХ
Вывод:
Колебательное звено хорошо пропускает сигналы низкой частоты и плохо сигналы высокой частоты. АЧХ может иметь резонансный пик. Пик будет существовать при, высота пика тем больше, чем меньше .
Задание № 3
Собрать схему последовательного соединения 2-х типовых звеньев, подать на вход ступенчатый сигнал и зарисовать кривые переходных процессов.
Таблица
Результаты исследования кривых переходных процессов
Последовательное соединение | Структурная схема исследования | График переходной функции | |
Двух инерционных звеньев (апериодическое звено 2-го порядка) | Касательная, к точке перегиба на временной оси, отсекает отрезок меньший постоянного значения времени (0,5<0,7) | ||
Интегрирующее + инерционное звенья | Переходная характеристика для последовательного соединения интегрирующего и инерционных звеньев будет параллельна прямой КТ | ||
Задание № 4.
Снять АФЧХ этих соединений. По полученным данным построить АФЧХ, АЧХ, ФЧХ. Последовательное соединение двух инерционных звеньев
, рад/с | ? | |||||||
А | 2,2 | 1,2 | 0,7 | 0,22 | 0,058 | |||
-60 | -97 | -137 | -140 | -165 | -180 | |||
АФЧХ
АЧХ
ФЧХ
, рад/с | 1,5 | ? | |||||
А | ? | 1,07 | 0,7 | 0,1 | 0,044 | ||
-90 | -129 | -137 | -150 | -171 | -180 | ||
АФЧХ
АЧХ
ФЧХ
звено динамический последовательный сигнал инерционный
Вывод
Апериодическое звено второго порядка хорошо пропускает сигналы низкой частоты и плохо сигналы высокой частоты.
Модель реального интегрирующего звена. Интегрирующие звенья являются фильтрами низкой частоты. В режиме гармонического колебания они вносят отрицательные фазовые сдвиги.
При исследовании соединений звеньев:
1) Результирующая передаточная функция равна произведению передаточных функций отдельных звеньев. В подобной последовательной цепи звеньев сигнал проходит только в 1 направлении
2) Частотная передаточная функция при подстановке в обычную передаточную функцию равна произведению частотных передаточных функций отдельных звеньев.
3) АЧХ равна произведению амплитуд отдельных звеньев.
4) ФЧХ: результирующая фаза равна сумме фаз.