Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Омский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Радиотехнические управляющие системы»
ИЗУЧЕНИЕ ОБЬЕКТА И СИНТЕЗ РЕГУЛЯТОРА
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине
«Теория автоматического управления»
Студент гр. 25л
___________Д. Ю. Шарканов
(подпись студента)
Руководитель
____________А. А. Лаврухин
(подпись преподавателя)
________________________
(оценка)
Омск 2008
Реферат
УДК 681.398
Курсовой проект содержит: 39 страницы, 25 рисунков, 5 таблиц, 8 источников.
Объект, управление, переходная характеристика, передаточная функция, регулятор, частота.
В данном курсовом проекте находится передаточная функция двигателя, строится его математическая модель, находятся параметры регуляторов, проводится анализ качества и точности системы по переходным характеристикам и выбирается оптимальный закон регулирования.
При выполнении курсового проекта использованы электронные пакеты Microsoft Word 2003, Macromedia Flash MX, MATLAB 6.5, MATLAB R2006b
Вариант – 13.
Содержание
Задание……………………………………………………………………………………………4
Введение.........................................................................................................................................5 1 Построение модели объекта управления……………………..................................................6
2 Моделирование объекта управления…................................................................................11
3 Расчет регуляторов………………………………...................................................................14
3.1Настройка ПИ-регулятора……………………………………….........................................20
3.2 Настройка ПИ- и ПИД-регулятора…………………………..............................................25
3.3 Автоматическая настройка регуляторов.............................................................................26
4 Выбор оптимального регулятора……………………………………………………..……..28
Заключение...................................................................................................................................39
Список литературы......................................................................................................................38
Задание
Рассчитать по паспортным данным двигателя необходимые параметры ( Tя , се , см ); и получить передаточную функцию с рассчитанными значениями всех коэффициентов; построить структурную схему. Напряжение возбуждения принять равным 220. Технические данные двигателя приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Технические данные двигателя серии 2П
Но-мер вари-анта
Номи-нальная мощность, Вт
Номи-нальное напря-жение якоря, В
Номи-нальная частота враще-ния, об/мин
КПД,
%
Сопро-тивле-ние обмот-
ки якоря,
Ом
ки возбу-
ждения,
Индукти-
вность
цепи
якоря,
мГн
13
0,13
110
800
49,5
7,48
810
173
Собрать модель электродвигателя с рассчитанными параметрами в среде Simulink. Промоделировать работу двигателя с различными нагрузками.
Рассчитать настроечные параметры kП и kИ для П-, И- и ПИ-регуляторов по методике, основанной на заданном расположении нулей и полюсов передаточной функции. Рассчитать настроечные параметры kП , kИ и kД для ПИ-, ПИД-регуляторов, оптимальных по степени устойчивости. Найти параметры kП , kИ и kД для ПИ-, ПИД-регуляторов, с помощью блока Signal Constraint.
Для каждого из рассчитанных регуляторов построить переходную характеристику и получить показатели качества. Выбрать наилучший регулятор.
Введение
Повышение эффективности производственных и технологических процессов неразрывно связано с их автоматизацией и созданием систем автоматического управления (САУ), обеспечивающих высокую точность отработки сигналов.
Проектирование современных САУ представляет достаточно сложную проблему. Во-первых, в системы входят устройства и объекты различной физической природы. Для получения их моделей необходимо знать в математической форме основные физические закономерности, описывающие процессы, протекающие в системах.
Вторая причина сложности выполнения проектных работ в значительной степени определяется математическим аппаратом, используемым при анализе объектов и систем управления.
Весь процесс проектирования САУ делится на несколько этапов, причем может выполняться как традиционными методами, так и с использованием средств автоматизации.
Первый этап проектирования – построение математической модели объекта управления. Зная физические процессы, протекающие в объекте, можно при определенных допущениях описать его поведение аналитически.
Второй этап проектирования – выбор устройств неизменяемой и изменяемой частей системы. К неизменяемой части принято относить исполнительные и измерительные средства. К изменяемой части системы относят устройства компенсации сигналов, коррекции динамических характеристик, выработки управляющих воздействий.
Третий этап проектирования – решение задач синтеза и анализа. Исходя из требований к системе, ее синтезируют и анализируют её устойчивость, точность и качество процессов управления (существуют различные методы синтеза и анализа).
Курсовая работа состоит из двух частей. В первой части необходимо изучить объект управления: определить его передаточную функцию и построить структурную схему двигателя; промоделировать его работу с различными нагрузками в среде Simulink.
Во второй – определить оптимальные значения параметров основных типовых регуляторов, провести сравнительный анализ различных законов регулирования по устойчивости, качеству, точности управления, обосновать и выбрать вид регулятора.
1 Построение модели объекта управления
В подавляющем большинстве случаев исполнительные двигатели постоянного тока в автоматических системах управления включаются по схеме с независимым возбуждением. Особенность такого подключения заключается в том, что напряжения на обмотках статора и ротора можно изменять независимо, тем самым гибко управляя скоростью вращения в достаточно широком диапазоне. Схема двигателя независимого возбуждения представлена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Схема включения двигателя
Построение динамической модели электродвигателя основано на описании происходящих в нем электромагнитных и электромеханических процессов. На основании второго закона Кирхгоффа, записанного для якорной цепи, справедливо уравнение:
(1.1)
где uЯ – напряжение, подаваемое на зажимы якорной цепи, В; iЯ – ток в цепи якоря, А; RЯ – сопротивление обмотки якоря, Ом; LЯ – индуктивность, Гн; e – ЭДС вращения двигателя, В.
Уравнение, записанное для обмотки возбуждения, имеет вид:
(1.2)
где uВ – напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения, В; iВ – ток в обмотке возбуждения, А; Rв – сопротивление обмотки возбуждения, Ом; LВ – индуктивность, Гн.
На основании второго закона Ньютона динамика механической части описывается уравнением:
(1.3)
где J – момент инерции вращающихся частей, кг·м2; ω – скорость вращения вала, рад/с; М – вращающий момент, Н·м; МВ – суммарный механический момент действующих на вал двигателя внешних сил, Н·м.
Уравнения (1.1) – (1.3) могут быть переписаны для изображений сигналов:
(1.4)
(1.5)
(1.6)
Постоянные времени, входящие в уравнения (1.4) – (1.5), определяются отношениями:
(1.7)
Величина вращающего момента определяется по формуле:
(1.8)
а ЭДС двигателя –
(1.9)
Коэффициенты cM и cE зависят от конструктивных параметров двигателя и установившегося тока в обмотке возбуждения. Паспортные данные двигателя представлены в таблице 1.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6