Введение
Цель курсовой работы получить навыки расчеталинейных стационарных САУ с микропроцессорными регуляторами.
В первой половине работы применить метод расчетапоследовательного корректирующего устройства, основанного на использованиилогарифмических частотных характеристик, а также исследовать динамику САУмоделированием ее на ПЭВМ в системе ''MATLAB ~ Simulink.
Во второй половине работы на основании полученнойпередаточной функции корректирующего устройства рассчитывается дискретнаяпередаточная функции регулятора. Далее производится исследование динамики ужедискретной системы.
В связи сиспользованием в контуре управления Микропроцессорного регулятора, помимообычных требований по обеспечению устойчивости, точности и качествапроектируемой САУ, учитываются требования к шагам квантования сигналов поуровню и по времени. Частоты квантования по уровню и времени выбираются так,что система приближенно может рассматриваться как линейная непрерывная САУ. Этопозволяет использовать для расчета закона управления простой и эффективныйаппарат логарифмических частотных характеристик. Затем закон управленияпредставляется в дискретной форме для получения переходного процесса уже вдискретной системе.
В качествекритерия правильности расчета можно поставить идентичность переходных процессовв линейной и микропроцессорной системе, выбирая соответствующий периодквантования по времени.
1. Неизменяемая часть системы
Проектирование САУ всегда начинается с анализаобъекта, формулировки задачи функционирования проектируемой системы, выборакритерия качества системы или задания требований к системе.
Будем считать, что этап анализа объекта,получения уравнений объекта и их линеаризация, выбор исполнительного механизмаи датчиков уже решен, Полученные данные будут составлять так называемуюнеизменяемую часть системы.
Получим, что передаточная функция такойнеизменяемой части системы имеет вид
/>
2. Структурная схема САУ с микропроцессорным регулятором
Поскольку микропроцессорный регулятор построен набазе Микро-ЭВМ и может обрабатывать сигналы только дискретной формы" асигнал на выходе объекта Ux и регулирующий сигнал Ur — непрерывны, тонеобходимо использовать преобразователи сигналов. АЦП — аналогово-цифровойпреобразователь осуществляет кодирование непрерывного сигнала Ux дискретным сигналом 1х-ЦАП -цифро-аналоговый преобразователь преобразовывает дискретный сигнал регулирования1г в непрерывный Ur. В процессе аналого-цифрового преобразованияосуществляется квантование сигнала по времени и по уровню и это оказываетсерьёзное влияние на динамические процессы в САР.
/>
Рис. 2
На рис. 2 представлена в общем виде структурнаясхема САР с микропроцессорным регулятором и форма используемых в такой системесигналов [1]. Непрерывный сигнал Ux(t) с выхода объекта поступает сначала в АЦП, где производитсяквантование сигнала по времени с постоянным шагом То в моменты t — 0, То, 2То,…, кТо.
В результате этого будет получен дискретныйсигнал u*x(k)
Такой сигналможет быть получен от специального цифрового датчика или другой Микро-ЭВМ.
Функциональная схемалинейной САУ
/>
1 – датчик входного сигнала
2 — согласующий усилитель
3 — последовательное КУ
4 – исполнительныйэлемент (двигатель)
5 — управляемый объект
6 – датчик выходногосигнала (температуры)
g – заданное значение температуры
Ux – температура на выходе системы
E – ошибка
U – управляющее воздействие
Функциональная схема МПСАУ
/>
Структурная схемалинейной САУ
/>
Структурная схема МП САУ
/>
В рассматриваемой системерегулирования температуры технологического процесса учтем исходные данные,характеризующие неизменяемую часть системы.
Кроме этого к системе предъявляются следующиетребования:
· максимальноеперерегулирование σ = 30 %;
· максимальноевремя регулирования: t = 55 сек;
· запасустойчивости по фазе Δφ (Град) должен лежать в пределах 35° — 65° всоответствии с диапазоном изменения σ % от 40% до 20% в исходных данных
· Коэффициентыошибок Do= 0 D = 0,058
В нашемслучае передаточная функция неизменной части системы имеет вид:
/>
Дляпостроения ЛЧХ на оси частот выбираем точку /> 1/си проводим асимптоту с наклоном -20 дБ/дек
Построениенеобходимо проводить в соответствии с выражением ЛЧХ
/>
Фазочастотнуюхарактеристику строим по формуле:
/>
/> /> 0.1 0.2 0.5 0.8 1
/> -135,57 -154,3 171,56 176,5 180
В рассматриваемой РГР σ = 30 %и t= 55 сек.
Из таблицы находим B = 11,3; Wср=0,2 1/с
Найдем
/>0.2
L1=15 дБ
/>
Синтез линейной САУ
/>
/>
Определим передаточнуюфункцию желаемого регулятора
/>
Определим передаточнуюфункцию корректирующего устройства
/>
Передаточная функциязамкнутой системы имеет вид:
/>
Получим переходныйпроцесс в системе моделированием её на ЭВМ.
Переходный процесс влинейной САУ
/>
/>
Определение дискретнойпередаточной функции корректирующего звена.
/>
/>
При T0 = 0.35
/>
При T0 = 0.25
/>
При T0 = 0.1
/>
Для моделирования САУ впакете «ДИСПАС» соответствующее уравнение имеет вид:
/>
Переходный процесс вдискретной САУ при шаге квантования
Т=0.35
Схема моделирования приТ0=0.35
/>
/>
Переходный процесс вдискретной САУ при шаге квантования
Т=0.25
Схема моделирования приТ0=0.25
/>
/>
Переходный процесс вдискретной САУ при шаге квантования
Т=0.1
Схема моделирования приТ0=0.1
/>
/>
Выводы
В результате проделаннойработы было выяснено, что независимо от того, каким способом анализироватьрезультаты разработки САУ с микропроцессорным регулятором, в результате анализанеобходимо получить график переходного процесса.
Вывели дискретнуюпередаточную функцию регулятора, для того чтобы исследовать динамику САУ смикропроцессорным регулятором, так же выбрали шаг квантования Т0. Для исследованиясистемы и решения задачи можно использовать пакет «MATLAB» и др. По полученному графикуубедились в устойчивости системы. Убедились, что процессы в линейной идискретной САУ идентичны, следовательно расчеты произведены верно и задачуможно считать выполненой.