Приведение исходной структурной схемы к типовой одноконтурной системе автоматического управления

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт энергетики

^{наименование института}

Кафедра электроснабжения и электротехники

^{наименование кафедры}

 

 

                                Допускаю к защите                                 

Руководитель  доцент кафедры ЭиЭ

    Герасимов Д.О.    

^{И. О. Фамилия}               

 

Анализ и синтез системы автоматического управления

^{наименование темы}

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

                       Теория автоматического управления                  

    1.023.00.00 - ПЗ

^{обозначение документа}

 

Выполнил студент           ЭПб-17-1                                        Шауркин М.О.

                                                                         ^{шифр                                подпись                  И. О. Фамилия}

 

Нормоконтроль                                                                        Герасимов Д.О.

                                                                                                                        ^{подпись                        И. О. Фамилия}

 

Курсовая работа защищена с оценкой _____________________

 

 

Иркутск 2019г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

 

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УТВЕРЖДАЮ       

Зав. кафедрой      

                                                                                                                 __________________

 

                                                                                                     «___»___________2019г.

 

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 

По курсу           Теория автоматического управления

Студенту

Тема проекта Анализ и синтез системы автоматического управления

Вариант 23.

Исходные данные

Рисунок 1. Структурная схема системы автоматического управления

Передаточные функции:

, , , , , ,

 

Возмущающее воздействие .

Показатели качества регулирования:

, , .

Задание

1. Привести исходную структурную схему к типовой одноконтурной системе автоматического управления.

2. По полученной передаточной функции объекта управления записать:

2.1. линейное дифференциальное уравнение объекта управления и привести его к стандартной форме записи;

2.2. получить описание объекта управления через нули полюса и коэффициенты усиления системы;

2.3. получить описание объекта управления в форме матрицы пространства состояния.

3. Найти передаточную функцию системы по задающему и возмущающему воздействию. Записать уравнение динамики АСУ.

4. Исследовать объект управления на устойчивость алгебраическими и частотными методами, определить запас устойчивости.

5. Выбрать закон управления и произвести расчет настроечных параметров регулятора по заданным параметрам качества управления.

 

Рекомендуемая литература:

 1. Теория автоматического управления. Методические указания и варианты заданий для практических занятий. [Электронный ресурс] /Сост. Г.Г. Гоппе, З.А. Федорова. - Иркутск: Изд-во НИ ИрГТУ, 2012.- 42 с.- Электрон. опт. диск (CD-ROM).

2. Теория автоматического управления. Методические указания для самостоятельной работы студентов. [Электронный ресурс] /Сост. Г.Г. Гоппе, З.А. Федорова. - Иркутск: Изд-во НИ ИрГТУ, 2012.- 71 с.- Электрон. опт. диск (CD-ROM).

3. Гоппе Г.Г., Федорова З.А. Теория автоматического управления. Методическое пособие и варианты заданий для курсового проектирования студентам специальностей: 1804 – Электропривод и автоматика промышленных и технологических комплексов; 1807 – Электрический транспорт– Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2003 г.- 26 c.

 

Дата выдачи задания «___»____________2019 г.

 

Дата представления проекта руководителю «___»____________2019 г.

 

Руководитель курсового проектирования ___________ Герасимов Д.О.

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ.. 5

1. Приведение исходной структурной схемы к типовой одноконтурной системе автоматического управления. 6

2. Способы описания объекта управления. 9

2.1 Стандартная форма записи дифференциального уравнения. 9

2.2 Математическое описание объекта управления через нули полюса и коэффициенты усиления системы. 11

2.3 Математическое описание объекта управления в виде модели пространства состояния. 11

3. Нахождение передаточной функции по задающему и возмущающему воздействию. Уравнение динамики АСУ.. 14

3.1 Передаточная функция системы по задающему воздействию. 14

3.2 Передаточная функция типовой одноконтурной системы управления по возмущающему воздействию. 15

3.3 Уравнение динамики АСУ.. 15

4. Исследование объекта управления на устойчивость. 16

4.1 Алгебраический критерий устойчивости Гурвица. 16

4.2 Частотный критерий устойчивости Михайлова. 17

5. Выбор закона управления и расчет настроечных параметров регулятора по заданным параметрам качества управления. 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 24

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 25

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Теория автоматического управления (ТАУ) – это научная дисциплина, предназначенная для разработки общих принципов автоматического управления, а также методов анализа (исследование функционирования) и синтеза (выбора параметров) систем автоматического управления (САУ) техническими объектами.

Любая техническая система проектируется таким образом, чтобы в процессе её функционирования обеспечивались заданные характеристики выходных параметров технологического процесса. Так при производстве, преобразовании и передачи электроэнергии — это режимные параметры частоты, напряжения, мощности и т.д. Однако в процессе эксплуатации на технологический объект действуют внешние возмущающие воздействия, т.е. воздействия возникающие в результате взаимодействия технической системы с внешней средой и вызывающие непланируемые изменения выходных параметров.

Таким образом, задача изучения данной дисциплины состоит в освоении основных принципов регулирования, при которых обеспечивается достижение желаемых результатов функционирования объекта.

 

Рисунок 3 - step(wo1)

>> step(wo2)

Рисунок 4- step(wo2)

Анализ полученных графиков показал полное совпадение переходных характеристик, следовательно, преобразования выполнены корректно.

Уравнение динамики АСУ

y(t)=

Рисунок 5-Структурная схема системы автоматического регулирования

Рисунок 7-График переходной функции K _П =10 и K _И =15

Рассматривая последний график видно, что мы не попадаем в заданные показатели качества регулирования.

≥ 10%

= 1-0,98=0,02 ≥ 0,1

tp = 0.75 c ≤ 1,8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе были изучены и усвоены следующие знания по дисциплине ТАУ:

1. Способы аналитического и схематического представления систем автоматического представления

2. Действия и преобразование схем систем автоматического управления

3. Передаточные функции действия над ними

4. Частотные и алгебраические критерии устойчивости систем автоматического управления

При исследовании объекта было установлено, что объект возможно регулировать, но не возможно достичь заданных параметров качества.

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт энергетики

^{наименование института}

Кафедра электроснабжения и электротехники

^{наименование кафедры}

 

 

                                Допускаю к защите                                 

Руководитель  доцент кафедры ЭиЭ

    Герасимов Д.О.    

^{И. О. Фамилия}               

 

Анализ и синтез системы автоматического управления

^{наименование темы}

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

                       Теория автоматического управления                  

    1.023.00.00 - ПЗ

^{обозначение документа}

 

Выполнил студент           ЭПб-17-1                                        Шауркин М.О.

                                                                         ^{шифр                                подпись                  И. О. Фамилия}

 

Нормоконтроль                                                                        Герасимов Д.О.

                                                                                                                        ^{подпись                        И. О. Фамилия}

 

Курсовая работа защищена с оценкой _____________________

 

 

Иркутск 2019г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

 

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УТВЕРЖДАЮ       

Зав. кафедрой      

                                                                                                                 __________________

 

                                                                                                     «___»___________2019г.

 

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 

По курсу           Теория автоматического управления

Студенту

Тема проекта Анализ и синтез системы автоматического управления

Вариант 23.

Исходные данные

Рисунок 1. Структурная схема системы автоматического управления

Передаточные функции:

, , , , , ,

 

Возмущающее воздействие .

Показатели качества регулирования:

, , .

Задание

1. Привести исходную структурную схему к типовой одноконтурной системе автоматического управления.

2. По полученной передаточной функции объекта управления записать:

2.1. линейное дифференциальное уравнение объекта управления и привести его к стандартной форме записи;

2.2. получить описание объекта управления через нули полюса и коэффициенты усиления системы;

2.3. получить описание объекта управления в форме матрицы пространства состояния.

3. Найти передаточную функцию системы по задающему и возмущающему воздействию. Записать уравнение динамики АСУ.

4. Исследовать объект управления на устойчивость алгебраическими и частотными методами, определить запас устойчивости.

5. Выбрать закон управления и произвести расчет настроечных параметров регулятора по заданным параметрам качества управления.

 

Рекомендуемая литература:

 1. Теория автоматического управления. Методические указания и варианты заданий для практических занятий. [Электронный ресурс] /Сост. Г.Г. Гоппе, З.А. Федорова. - Иркутск: Изд-во НИ ИрГТУ, 2012.- 42 с.- Электрон. опт. диск (CD-ROM).

2. Теория автоматического управления. Методические указания для самостоятельной работы студентов. [Электронный ресурс] /Сост. Г.Г. Гоппе, З.А. Федорова. - Иркутск: Изд-во НИ ИрГТУ, 2012.- 71 с.- Электрон. опт. диск (CD-ROM).

3. Гоппе Г.Г., Федорова З.А. Теория автоматического управления. Методическое пособие и варианты заданий для курсового проектирования студентам специальностей: 1804 – Электропривод и автоматика промышленных и технологических комплексов; 1807 – Электрический транспорт– Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2003 г.- 26 c.

 

Дата выдачи задания «___»____________2019 г.

 

Дата представления проекта руководителю «___»____________2019 г.

 

Руководитель курсового проектирования ___________ Герасимов Д.О.

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ.. 5

1. Приведение исходной структурной схемы к типовой одноконтурной системе автоматического управления. 6

2. Способы описания объекта управления. 9

2.1 Стандартная форма записи дифференциального уравнения. 9

2.2 Математическое описание объекта управления через нули полюса и коэффициенты усиления системы. 11

2.3 Математическое описание объекта управления в виде модели пространства состояния. 11

3. Нахождение передаточной функции по задающему и возмущающему воздействию. Уравнение динамики АСУ.. 14

3.1 Передаточная функция системы по задающему воздействию. 14

3.2 Передаточная функция типовой одноконтурной системы управления по возмущающему воздействию. 15

3.3 Уравнение динамики АСУ.. 15

4. Исследование объекта управления на устойчивость. 16

4.1 Алгебраический критерий устойчивости Гурвица. 16

4.2 Частотный критерий устойчивости Михайлова. 17

5. Выбор закона управления и расчет настроечных параметров регулятора по заданным параметрам качества управления. 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 24

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 25

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Теория автоматического управления (ТАУ) – это научная дисциплина, предназначенная для разработки общих принципов автоматического управления, а также методов анализа (исследование функционирования) и синтеза (выбора параметров) систем автоматического управления (САУ) техническими объектами.

Любая техническая система проектируется таким образом, чтобы в процессе её функционирования обеспечивались заданные характеристики выходных параметров технологического процесса. Так при производстве, преобразовании и передачи электроэнергии — это режимные параметры частоты, напряжения, мощности и т.д. Однако в процессе эксплуатации на технологический объект действуют внешние возмущающие воздействия, т.е. воздействия возникающие в результате взаимодействия технической системы с внешней средой и вызывающие непланируемые изменения выходных параметров.

Таким образом, задача изучения данной дисциплины состоит в освоении основных принципов регулирования, при которых обеспечивается достижение желаемых результатов функционирования объекта.

 

Приведение исходной структурной схемы к типовой одноконтурной системе автоматического управления

Типовая одноконтурная система автоматического управления.

x (t)

f (t)

+

+

+

y (t)

-

W o (p)

W p (p)

Структурная схема регулятора.

 

t YWdlMS5wbmdQSwUGAAAAAAYABgB8AQAABQ0AAAAA ">

+   +   +   +

2   2   2   2

+   +   +   +

 

               

 

 

Структурная схема объекта.

+

                                                      

-

                                                                                                                         

 

 

 

f (t)   f (t)   f (t)   f (t)

Типовая одноконтурная схема

y (t)   y (t)   y (t)   y (t)

+   +   +   +

+   +   +   +

-   -   -   -

W o (p)

x (t)   x (t)   x (t)   x (t)

                                  

+   +   +   +

 

Проверим правильность преобразований:

Рисунок 1 – Структурные схемы системы до и после преобразований

Рисунок 2 – Графики проверки преобразований

На рисунке 2 наблюдается наложение графиков от 1 и 2 схем, что показывает их тождественность.