Презентація «Дослідження впливу різних типів регуляторів в САУ»

«Дослідження впливу різних типів регуляторів в САУ»Завдання системи автоматичного управління полягає в тому, щоб подавити дію зовнішнього збурення Z і забезпечити швидкі і якісні перехідні процеси. На жаль, ці завдання часто суперечливі. Не дивлячись на розвинені сучасні методи проектування складних регуляторів, переважна більшість промислових систем управління заснована на регуляторах першого і другого порядку. Ці регулятори у багатьох випадках можуть забезпечити прийнятне управління, легко настроюються і дешеві при масовому виготовленні. Новокаховський приладобудівний фаховий коледж. Дисципліна: "Основи автоматичного керування та робототехніка»

Основною метою використання регуляторів є зменшення статичної погрішності. Крім того, підбираючи параметри регуляторів, можна поліпшити показники перехідного процесу - час регулювання і величину перерегулювання. Основні параметри, що характеризують перехідною процес, показані на рисунку.

Час регулювання tp - цей час, протягом якого крива перехідного процесу входить в межі, що визначають точність регулювання (максимально допустиме відхилення кривої перехідного процесу слід задавати не менше ±5 % від сталого значення). Таким чином, можна вважати, що перехідний процес закінчиться після того, як крива перестала виходити із заданого діапазону.

Перерегулювання  — це максимальне відхилення перехідної характеристики від сталого значення:

Простіший регулятор - пропорційний або П-регулятор - це підсилювач з передавальною функцією Вихід П-регулятора u(t) - це помилка управління e(t), помножена на коефіцієнт K. За допомогою П-регулятора можна управляти будь-яким стійким об'єктом, проте він дає відносно повільні перехідні процеси і ненульову статичну помилку.

Щоб прибрати статичну помилку в сталому режимі, в регулятор вводять інтегральний канал з коефіцієнтом посилення KІ , отже. Такий регулятор називається пропорційно-інтегральним або ПІ-регулятором. Інтегратор видає сигнал, пропорційний накопиченій помилці, тому перехідний процес дещо сповільнюється. Проте за рахунок інтегрального каналу забезпечується нульова помилка в сталому стані при ступінчастому обуренні і ступінчастій зміні задаючого сигналу-уставки.

Як приклад в лабораторній роботі розглядається система стабілізації судна на курсі. Її структурна схема показана на рисунку. Привід - рульова машина. Об’єкт - вертикальне кермо. Вимірювальна система (гірокомпас)

Лінійна математична модель, що описує рискання судна, має вигляд

Привід (рульова машина) приблизно може моделюватися як інтегруюча ланка, охоплену зворотним зв'язком з коефіцієнтом k3.

Передавальна функція від кута повороту керма δ до кута рискання φ (реальна інтегруюча ланка) може бути записана у вигляді

Для вимірювання кута рискання використовується гірокомпас (вимірювальна система), математична модель якого може бути записана у вигляді аперіодичної ланки першого порядку з передавальною функцією

У лабораторній роботі для спрощення моделювання роботи всі ланки САУ управління курсом судна носитимуть аперіодичний характер. Структурна схема об'єкту з коливальною передавальною функцією без регулятора може мати вигляд, показаний на рисунку. Спочатку досліджується система без регулятора, структурна схема якої представлена на рисунку. На вхід САУ подається одинична ступінчаста дія. Як обурююча дія на вхід суматора подається негативне постійне імпульсне збурення z = -0,7 (tи = 10 с).

Ланкаk. T, с. Привід (рульова машина)1,50,15 Об’єкт (вертикальне кермо)1,10,1 Вимірювальна система (гірокомпас)1,01,0 Пропорційні ланкиk1k2k31,52,50,1 Перехідна характеристика САУ без регулятора

Тип регулятора. Значення параметрів регулювання. Хвх. Хуст Х сtр, с, %Без регулятора—10,751,860,252,5248 ПКп = 2,0ІКи = 0,7 Ти = 8,0 ПІКпі1 = 0,03 Кпі2 = 0,5 Ти = 8,0

Структурна схема моделі системи з П-регулятором

Тип регулятора. Значення параметрів регулювання. Хвх. Хуст Х сtр, с, %Без регулятора—10,751,860,252,5248 ПКп = 2,010,874,40,134,5506ІКи = 0,7 Ти = 8,0 ПІКпі1 = 0,03 Кпі2 = 0,5 Ти = 8,0

Для зменшення помилки потрібно збільшувати коефіцієнт підсилення регулятора. Це так званий принцип глибокого зворотного зв'язку. Однак не можна збільшувати посилення нескінченно . По-перше, всі реальні пристрої мають гранично припустимі значення вхідних і вихідних сигналів. По-друге, при великому посиленні контуру погіршується якість перехідних процесів, підсилюється вплив збурювань і шумів, система може втратити стійкість. Тому в схемі з одним ступенем свободи забезпечити нульову помилку спостереження неможливо.

Структурна схема моделі системи з І-регулятором

Тип регулятора. Значення параметрів регулювання. Хвх. Хуст Х сtр, с, %Без регулятора—10,751,860,252,5248 ПКп = 2,010,874,40,134,5506ІКи = 0,711,111,6-0,111,5144 Ти = 8,0 ПІКпі1 = 0,03 Кпі2 = 0,5 Ти = 8,0

Структурна схема моделі системи з ПІ-регулятором. ПІ-регулятор є паралельним з'єднанням інтегратора і підсилювача. Передавальна функція ПІ-регулятора:

Тип регулятора. Значення параметрів регулювання. Хвх. Хуст Х сtр, с, %Без регулятора—10,751,860,252,5248 ПКп = 2,010,874,40,134,5506ІКи = 0,711,111,6-0,111,5144 Ти = 8,0 ПІКпі1 = 0,0310,990,590.011,460 Кпі2 = 0,5 Ти = 8,0 Завдання системи автоматичного управління полягає в тому, щоб подавити дію зовнішнього збурення Z і забезпечити швидкі і якісні перехідні процеси. На жаль, ці завдання часто суперечливі. Для стійкого об'єкта можна вибрати коефіцієнти регулятора дослідним шляхом, виконуючи експерименти з об'єктом. Запропоновано кілька методів рішення цього завдання, наприклад, правила Зіглєра-Нікольса або Коена-Куна.