Изучение методов анализа качества САР, экспериментальное определение показателей качества переходного и установившегося режимов работы САР и исследование связи пара - файл n1.doc

Изучение методов анализа качества САР, экспериментальное определение показателей качества переходного и установившегося режимов работы САР и исследование связи пара
Скачать все файлы (1467 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc1467kb.04.02.2014 00:03скачать

n1.doc

Цели и задачи работы





Техническая цель работы: изучение методов анализа качества САР, экспериментальное определение показателей качества переходного и установившегося режимов работы САР и исследование связи параметров САР с ее показателями качества.

В результате выполнения работы следует сделать выводы о том, как влияют параметры элементов САР на ее качество.

Польза от исследования качества САР состоит в установлении диапазонов изменения отслеживаемой величины и возмущения, а также их младших производных по времени, в которых САР будет работать с заданным качеством. Кроме того, зная быстродействие и ошибки слежения САР в переходном режиме и имея информацию о частоте и величине факторов, вызывающих переходный процесс в САР, можно оценить и продолжительность работы САР с ошибками, превышающими допустимые.

Методическая цель работы: приобретение и закрепление навыков исследования качества линейных систем, а также совершенствование навыков работы в программах Vissim и Маткад.

Задачи работы:

Задачи, решаемые САР


Системы автоматического регулирования (САР) предназначены для решения задач слежения и стабилизации.

Слежение состоит в том, что САР поддерживает с заданной точностью на протяжении большего времени своей работы выходную (управляемую) величину объекта управления пропорциональной отслеживаемой, задающей величине.

число раз больше задающей и если задающая величина изменяется, то во столько же раз изменяется и управляемая величина. Не следует забывать, что зачастую физические размерности отслеживаемой и управляемой величин разные.

Стабилизация состоит в том, что САР в значительной мере или полностью компенсирует влияние возмущений на управляемую величину. Это значит, что если возмущение, поступающее на объект, изменяет управляемую величину, то правильно работающая САР через сравнительно короткое время возвращает управляемую величину к исходному значению.

2.1.2. Виды САР


САР разделяют на разомкнутые, том числе:
Разомкнутые САР

Разомкнутые САР сравнительно просты, они могут иметь значительные ошибки и в чистом виде применяются в не очень ответственных местах, и там, где, например, требуется с помощью слабого сигнала дистанционно управлять мощным оборудованием. Такая САР лучше, чем никакой и во многих случаях применение разомкнутых САР оправданно.
Замкнутые САР

Замкнутая САР с управлением по отклонению реализует принцип управления Ползунова – Уатта.

Замкнутая САР с управлением по отклонению имеет т.н. контур управления, в котором по цепи обратной связи в регулятор поступает значение выходной (управляемой) величины. Это позволяет вычислить отклонение реального значения управляемой величины от требуемого, задаваемого входной величиной САР, и сформировать и подать на вход объекта управления такой сигнал управления, который сведет к нулю или допустимому минимуму это отклонение (ошибку регулирования).

Худо-бедно задачи слежения и стабилизации решают и разомкнутые САР, но лучше, с меньшими ошибками с этим справляются САР с управлением по отклонению, имеющие контур обратной связи. Еще лучше – комбинированные САР с управлением, как по отклонению, так и по возмущению.

Переходный режим работы САР
Выход в установившийся режим на слежение


Сумматор – устройство безинерционное, поэтому по поступлению на вход САР ступеньки, она немедленно оказывается на выходе сумматора, поскольравен нулю, т.к. инерционность звена прямой связи не позволяет прыгнуть его выходному сигналу скачком. Но выходной сигнал, вследствие наличия большого сигнала на входе звена прямой связи, начинает расти. Это приводит к уменьшению с течением времени ошибки регулирования, а выходной сигнал продолжает расти, хотя и все медленнее, до величины, примерно равной входной единичной ступеньки, когда переходный процесс заканчивается и наступает установившийся статический режим.

Если в обратной связи главного контура САР имеется усилитель, то переходная функция САР асимптотически стремится к величине, обратной коэффициенту усиления этого усилителя.

Принцип стабилизации, осуществляемой САР с управлением по отклонению, состоит в том, что если возмущение изменяет управляемую величину, то это сказывается на ошибке регулирования. Контур отрицательной обратной связи стремится свести эту ошибку к нулю или минимуму, близкому к нулю. В результате управляемая величина вновь становится пропорциональной заданию, а значит действие возмущения компенсировано. Стабилизация осуществлена.

Установившийся режим - слежение Если входной сигнал САР меняется весьма медленно по сравнению с длительностью в ней переходных процессов, то такой режим работы САР можно рассматривать как квазистатический (практически статический). В таком случае САР будет обеспечивать слежение, поскольку ее выходная величина будет равна, или в общем случае, пропорциональна заданию.

задачи количественно определяется т.н. показателями качества – численными параметрами, характеризующими ее точность и быстродействие.

Показатели качества разделяются на

Для удобства анализа установившийся режим работы САР подразделяют на подрежимы

О динамических свойствах САР в установившемся режиме судят по ее реакции на пробные воздействия, изменяющиеся во времени по

Прямые показатели качества установившегося режима это:

Косвенный показатель качества установившегося режима это порядок астатизма САР.

Установившийся режим характеризуется отсутствием, точнее, слабым проявлением переходных процессов. Воздействия на САР изменяются сравнительно медленно, так, что она успевает их отслеживать (для задания) или компенсировать (для возмущения). Но и слежение в установившемся динамическом режиме, когда воздействия на САР относительно медленно изменяются с течением времени, САР осуществляет с ошибками, которые в условиях нормальной работы сравнительно малы.

Динамический режим. Рассматриваемая САР работает в установившемся динамическом режиме со второй по седьмую секунды, когда воздействие плавно меняется. Переходные процессы в САР заканчиваются за время порядка 1 сек:
Качество САР при гармонических воздействиях

Работа САР по отслеживанию периодического воздействия, например, синусоидального, происходит в установившемся режиме. Пробное гармоническое отслеживании и компенсации знакопеременных воздействий, например, вибраций, а также шумов.

Качество САР при гармоническом пробном сигнале характеризуется частотными характеристиками САР по каналам: управления, задание – ошибка, возмущение – ошибка, а также параметрами этих характеристик. Характеристики могут быть получены расчетным путем или измерены экспериментально.

Переходный режим

САР работает в переходном режиме тогда, когда происходит резкое изменение задания или возмущения (скачкообразное изменение самого воздействия или его младших производных).

Переходный режим сугубо динамический, поскольку воздействия на САР меняются во времени и меняются резко. Поэтому на выходном сигнале в переходном режиме существенно сказываются собственные инерционно-колебательные свойства САР.

В течение переходного режима работы САР не всегда выполняет задачи слежения и стабилизации: ошибки регулирования могут быть слишком велики.

Прямые показатели качества переходного режима характеризуют то, как быстро и с какими ошибками САР справляется с резкими изменениями задания и возмущения, отслеживает и компенсирует их.

Прямые показатели это параметры:

О терминологии

Возмущение. Это модель совокупности факторов, воздействие которых на объект управления САР приводит к отклонению выходной, управляемой величины объекта от требуемого значения. Возмущение представляет собой сигнал, т.е. функцию времени, который часто приводится (пересчитывается) ко входу объекта управления.

Задание. Это частный случай отслеживаемой величины, функция времени, известная заранее. Слежение САР за известной заранее величиной называют программным управлением. Важный частный случай задания – единичная ступенчатая функция, которая широко используется в качестве пробного сигнала для выявления статических и динамических свойств САР.

Отслеживаемая системой автоматического регулирования величина. Это входная величина САР, воздействие, функция времени, в общем случае не известная заранее. САР должна обеспечить пропорциональность выходной, управляемой величины объекта управления, отслеживаемой величине.

хотя бы один раз резко меняются в первом случае, и при отслеживании гладких воздействий во втором. Ошибка регулирования САР (отклонение) в переходном режиме равна сумме принужденной и свободной составляющих решения дифференциального уравнения, причем свободная компонента (слагаемое) значительна по величине, превосходит или имеет тот же порядок, что и принужденная составляющая ошибки. В установившемся режиме свободная составляющая ошибки регулирования значительно меньше принужденной.

Принужденная и свободная составляющие решения дифференциального уравнения. В случае если воздействие (задание) на систему, как функция времени известно, то техника аналитического решения уравнения позволяет выделить эти составляющие, в сумме дающие решение дифференциального уравнения, т.е. отклик САР на заданное воздействие. Принужденная составляющая определяется гладкой аддитивной компонентой воздействия и свойствами САР воспринимать его, а свободная составляющая – резкими изменениями воздействия и его младших производных, а также инерционно-колебательными свойствами САР. Выделить из решения принужденную и свободную составляющие при использовании классического метода аналитического решения дифференциального уравнения в случае неизвестного заранее воздействия, значения которого поступают, например, в режиме реального времени, не возможно. Для этого требуется применить особую технику анализа .

Разомкнутая САР (с жестким управлением или с управлением по возмущению). САР, не имеющая контура управления, в которой отсутствует обратная связь с выхода объекта управления к регулятору.

Разомкнутый контур замкнутой САР. Замкнутая САР, обратная связь в которой разомкнута на время исследования САР. Если разомкнуть контур замкнутой САР, то она не превратится в разомкнутую САР, например, с жестким Стабилизация САР. Приведение САР из неустойчивого, или недостаточно устойчивого состояния, в устойчивое, с хорошими запасами устойчивости по амплитуде и фазе.

Статика. Режим работы САР, при котором воздействия на САР, а следовательно и ее реакция на них, постоянны, в отличие от динамики, когда воздействия и реакция меняются с течением времени.

Статическая САР - САР, не имеющая интеграторов в контуре. В установившемся режиме работы такая САР следит с ошибкой, пропорциональной отслеживаемой величине.

Управляемая величина объекта управления. Это выходная величина объекта, которая изменяется под действием на его входе управляющей величины.

При сравнительно медленно изменяющихся воздействиях САР успевает с некоторой точностью следить за заданием и компенсировать возмущение. Такой режим называется установившимся динамическим. В этом режиме управляемая величина примерно пропорциональна заданию и практически не зависит от возмущения. Такую работу САР называют слежением и стабилизацией. В установившемся динамическом режиме САР работают большую часть времени. САР с управлением по отклонению может характеризоваться максимальной допустимой ошибкой регулирования в установившемся режиме при условии, что отслеживаемая величина и возмущение, а также их младшие производные не превышают установленных величин, определяемых коэффициентами ошибок.

Если воздействия изменяются резко и на значительную величину, возникает переходный процесс, со значительными ошибками регулирования, проявсправляется с возложенными на нее задачами.

Реальная САР, подвергаясь воздействиям, просто откликается на них. Она не думает ни про переходный, ни про установившийся режимы. Она и понятия о них не имеет. Выделение этих режимов: установившегося и переходного вытекает из способа описания человеком модели САР с помощью дифференциальных уравнений, принцип решения которых и позволяет выделить две компоненты решения: свободную и принужденную. Эти компоненты и определяют общее решение.

САР, как правило, работает в динамическом режиме, причем в ее ошибке присутствуют в том или ином соотношении и принужденная, и свободная компоненты. Когда одна из них превалирует, то режим называют установившимся или переходным соответственно. Но при некотором изменении во времени воздействий соотношение между компонентами может быть и равное, в том смысле, что каждая из них может вносить соизмеримый вклад в ошибку регулирования. Такой режим тоже можно отнести к переходному.


Задачи









Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации