Курсовая работа по автоматизации на тему Синтез и исследование свойств линейной САУ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Целью курсовой работы является выработка и закрепление практических навыков анализа общесистемных свойств САУ, выбора и расчета регулятора.

Выбор и расчет регулятора производится с целью добиться типовых показателей качества:
время регулирования tрег = min;
перерегулирование σ ≤ 20%;
колебательность К ≤ 1,5;
запас устойчивости по модулю ∆L = (6 – 12) дБ;
запас устойчивости по фазе γ ≥ 600;
ошибка регулирования в установившемся режиме равна 0.
Таблица 1 – Параметры звеньев
34 г 2.5 4p+1 32p2+3p+1 0.12p2+3p+1 3p+1


Рисунок 1– Схема «г». Структурная схема объекта управления


ВВЕДЕНИЕ

Теория автоматического управления изучает принципы построения систем автоматического управления и закономерности, протекающих в них процессов, которые она исследует на динамических моделях систем с учетом условий работы, конкретного назначения и конструктивных особенностей управляемого объекта и автоматических устройств, с целью построения работоспособных и точных систем управления.
Наличие запаздывания у большинства промышленных объектов обычно ухудшает их динамические характеристики, затрудняет работу и синтез автоматических систем регулирования (АСР). Расчет настроек регуляторов усложняется из-за того, что запаздывание заставляет выбирать более сложные регуляторы, а уравнения системы становятся трансцендентными (из-за появления в них члена e-p). В связи с этим значительное внимание уделяется вопросам синтеза промышленных САУ с запаздыванием, для чего разработан ряд инженерных методик. Номограммы и формулы, предлагаемые инженеру этими методиками, позволяют значительно снизить объем и сложность расчетов при выборе типа и настроек регулятора.
В данной курсовой работе решаются задачи синтеза (автоматизированного проектирования) линейной АСР с использованием инженерных методов синтеза, а также анализа качества и устойчивости синтезированной АСР.








1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Замкнутые и разомкнутые САУ. Структурные преобразования

Разомкнутые САУ (принцип разомкнутого управления).
Структурная схема разомкнутой САУ представлена на рисунке 1.

Рисунок 2 – Структурная схема разомкнутой САУ
При изменении задающего воздействия g(t) регулятор вырабатывает управляющее воздействие z(t) для объекта управления. В результате выходная величина y(t) приближается с той или иной точностью к требуемому значению g(t).
Данный принцип управления можно использовать в том случае, если проектировщику известны все свойства ОУ (его математическая модель) и влиянием возмущений f(t) можно пренебречь. Только при выполнении этих условий можно правильно предвидеть (рассчитать) влияние задающего воздействия g(t) на выходную величину y(t). В противном случае разомкнутая САУ не способна обеспечить требуемую точность управления.
Зачастую исчерпывающая и достоверная информация о свойствах объекта управления ОУ и характере (величине) возмущений отсутствует, и разомкнутые САУ оказываются неэффективными. В этих случаях строят замкнутые САУ с обратной связью (ОС). В простейшем случае они состоят из объекта управления, регулятора, измерительного элемента и элемента сравнения (ЭС) (рис. 2).

Рисунок 3 – Структурная схема замкнутая САУ
Данная САУ отличается от предыдущей дополнительной связи: измерительный элемент ИЭ формирует сигнал, пропорциональный выходной величине (в частном случае). Сигнал подается на элемент сравнения ЭС, который формирует сигнал рассогласования (сигнал ошибки) между задающим воздействием и выходной величиной.
Так как направление передачи сигнала в дополнительной связи обратно направлению передачи основного (управляющего) воздействия на объект управления, дополнительную цепь называют цепью обратной связи ОС. Различают отрицательную обратную связь ООС и положительную обратную связь ПОС. Отрицательная ОС действует в сторону уменьшения отклонения выходных величин от их заданных значений; положительная ОС, наоборот, в сторону увеличения отклонений. В подавляющем большинстве случаев в САУ используется ООС.
Сигнал ошибки (отклонение) подается на регулятор, который формирует управляющее воздействие. Таким образом, в замкнутой САУ управляющее воздействие формируется не только в зависимости от задающего, как в разомкнутых САУ, но и от состояния объекта и наличия возмущений. Точнее, величина определяется отклонением выходной величины от заданного значения.

Правила преобразования структурных схем.
Последовательное соединение звеньев. На рисунке 3 приведены n последовательно включенных звеньев.



Рисунок 4 – Последовательное соединение звеньев

Необходимо заменить все звенья одним эквивалентным. Для этого запишем связь между изображениями входных и выходных сигналов каждого звена
;
;
…………………….. ;
.
Исключая промежуточные переменные), получим
.
Отсюда искомая эквивалентная передаточная функция
.

Параллельное соединение звеньев. На рисунке 4 приведены n параллельно включенных звеньев. Необходимо заменить все звенья одним эквивалентным. Для этого определим связь между изображениями входного и выходного сигналов: