Лабораторная работа №3 Принципы управления и обратные связи в системах управления

 

Цель работы: ознакомиться с фундаментальными принципами управления и влиянием обратных связей в системах управления.

 

Задание на лабораторную работу

На моделях системы изучите принципы управления и влияние обратных связей в системах управления.

 

3.1.1 Принцип разомкнутого управления;

Реализуйте модель системы в программном пакете VisSim (см. рисунок 3.1).

 

Рисунок 3.1 - Структурная схема САУ с разомкнутым управлением

На рисунке 3.1 . Близость y(t) к g(t) обеспечивается только конструкцией и подбором физических закономерностей, действующих во всех элементах. В модели это параметры K₂, K₃, T₂, T₃, а также параметр управляющего устройства (регулятора) - K₁.

При заданных значениях K₂=2, K₃=4, T₂=0.04, T₃=0.5 определите K₁, при котором y_уст=2.

Быстрота и характер переходного процесса y(t) обеспечивается выбором постоянных времени T₂, T₃, пронаблюдайте это. Выбором T₂, T₃ обеспечьте минимальное время переходного процесса.

 

3.1.2 Принцип компенсации;

Структурная схема САУ в этом случае имеет следующий вид (см. рисунок 3.2)

 

Рисунок 3.2 - Схема САУ компенсации

 

Здесь: W_к(p) – звено компенсации (компенсатор).

Для данной схемы проведите два эксперимента:

- при отсутствии компенсатора и наличии сигналов g(t)=1(t) f(t)=0.5*1(t) зафиксируйте y(t)=1(t)* K₁* W₂(p)* W₃(p)+0.5*1(t)* W₃(p);

- при наличии компенсатора и сигналов g(t)=1(t) f(t)=0.5*1(t) зафиксируйте y(t)=1(t)* K₁* W₂(p)* W₃(p)+0.5*1(t)* W₃(p)- 0.5*1(t)* W_k(p)* W₂(p)* W₃(p).

Для второго эксперимента полная компенсация f(t) может быть достигнута, если будет выполнено условие f(t)*W₃(p)=f(t)*W_k(p)*W₂(p)* W₃(p), откуда . Для рассматриваемого случая примите

При реализации принципа компенсации существуют две основные проблемы:

- необходимо измерять возмущение f(t);

- необходимо вводить производные от возмущения.

 

3.1.3 Принцип обратной связи; регулирование по отклонению:

Ссоберите схему по рисунку 3.3.

 

Рисунок 3.3 - САУ с обратной связью

 

Согласно этой схеме коррективы в алгоритм управления вносятся по фактическому значению координат в системе. Для этой цели вводятся элементы для измеренияy(t) и выработки корректирующих воздействий U₂(t) на управляющее устройство (цепь обратной связи);

- зафиксируйте график y(t) без обратной связи:

- зафиксируйте график y(t) с обратной связью:

Конечное выражение для y(t):

Как видно из последнего выражения, увеличение, например, коэффициента обратной связи К_ос уменьшает влияние возмущения на y(t), однако, и уменьшает действие управляющего сигнала U₁=g(t)* К₁.

 

3.1.4 Замкнутые системы с управлением по отклонению координат

Широко распространены замкнутые системы с управлением (регулированием) по отклонению координат y(t) от заданных алгоритмом функционирования g(t). Структурная схема САР в таком случае имеет вид как на рисунке 3.4.

 

Рисунок 3.4 - САУ с регулированием по отклонению

 

Выполните следующее:

- соберите схему САУ на рисунке 3.4 с численными значениями из п. в;

- зафиксируйте переходный процесс y(t) и установившееся значение y_уст(t);

- зафиксируйте график y(t) с отключенной обратной связью W_ос(p)=К_ос=1. Сравните оба эксперимента;

- в схеме на рисунке 3.4 замените на Если К_ос=1, то y_уст(t)=g_уст(t)=1, т.е. в ней полностью компенсируется влияние возмущения f(t);

д) управление с использованием совместно принципа регулирования по отклонению и принципа компенсации; структурная схема такой САР имеет следующий вид (см.рисунок 3.5).

Выполните следующее:

- соберите модель САУ на рисунке 3.5 при

- зафиксируйте процесс y(t) на выходе модели САУ при отсутствии компенсирующего устройства и при наличии двух воздействий g(t) и f(t):

- зафиксируйте процесс y(t) на выходе модели САУ при наличии компенсирующего устройства с передаточной функцией

Условие компенсации возмущения в этом случае

а выходной сигнал

- сравните полученные результаты.

 

Рисунок 3.5 - САУ с регулированием по отклонению и с принципом компенсации

 

Требования к содержанию отчета

3.2.1 По каждому принципу управления представьте в соответствии с заданиями: графики переходных процессов с указанием масштабов и установившиеся значенияy_уст.

3.2.2 Укажите выявленные особенности переходных процессов и установившихся значений выходной величины y(t) на изученных моделях САУ.

3.3 Контрольные вопросы

3.3.1 Расскажите об основных принципах управления.

3.3.2 Возможно ли перерегулирование в схеме по принципу разомкнутого управления?

3.3.3 Какие основные проблемы существуют при реализации принципа компенсации?

3.3.4 Какова роль U₂(t) в схеме на рисунке 3.3?

3.3.5 Назначение компенсатора.