Информация о готовой работе

Бесплатная студенческая работ № 18734

Пермский Государственный Технический Университет

Курсовая работа

по предмету: Автоматизация технологических процессов и производств. Тема: Расчет настроек автоматического регулятора.

Выполнил: ст-т гр. АТП-93 Никулина Д. В. Проверил: Бильфельд Н. В.

г. Березники, 1998

Содержание.

1. Координаты кривых разгона. 1.1 Схемы для Ремиконта. 1.2 Координаты и график кривой разгона по возмущению. 1.3 Координаты и график кривой разгона по заданию. 1.4 Координаты и график кривой разгона по управлению. 2. Интерполяция по 3 точкам. 2.1 Линейное сглаживание и график кривой разгона по возмущению. 2.2 Линейное сглаживание и график кривой разгона по заданию. 2.3 Линейное сглаживание и график кривой разгона по управлению. 3. Нормирование кривых разгона. 3.1 Нормирование кривой разгона по возмущению. 3.2 Нормирование кривой разгона по заданию. 3.3 Нормирование кривой разгона по управлению. 4. Аппроксимация методом Симою. 4.1 По возмущению. 4.2 По заданию. 4.3 По управлению. 5. Проверка аппроксимации методом Рунге - Кутта. 5.1 По возмущению. 5.2 По заданию. 5.3 По управлению. 5.4 Сравнение передаточных функций. 5.5 Сравнение кривых разгона. 6. Расчет одноконтурной АСР методом Роточа.

1. Задание

Исследовать работу комбинированной автоматической системы управления в целом и ее отдельных контуров. Провести расчет оптимальных настроечных параметров регуляторов АСР.

2. Координаты кривой разгона

С помощью программы связи ЭВМ с контроллером снимаем координаты кривой разгона. Для этого сначала поочередно программируем Ремиконт:

  1. по возмущению
  2. по заданию
  3. по управлению

В программе тренды меняя задание добиваемся устойчивости систем. После того как системы установились приступаем к проведению эксперимента. Для этого устанавливаем алгоблок 11 с которого будем снимать кривую разгона, алгоблок 11 на который будем подавать скачек, амплитуду скачка 10 и интервал времени 0,5. После просмотра полученных точек кривых разгона удаляем одинаковые. И строим соответствующие графики.

2.1 Координаты и график кривой разгона по каналу возмущения

табл.2.1 10,000039,00002211,000047,1500 21,000039,15002311,500047,4500 31,500039,35002412,000047,6000 42,000040,00002512,500047,7000 52,500040,40002613,000047,8500 63,000040,80002713,500048,0500 73,500041,20002814,000048,1000 84,000042,05002914,500048,2000 94,500042,50003015,000048,2500 105,000042,90003115,500048,4000 115,500043,30003216,000048,4500 126,000044,05003316,500048,5000 136,500044,40003417,000048,5500 147,000044,75003517,500048,6500 157,500045,10003619,000048,7000 168,000045,65003719,500048,7540 178,500045,90003820,000048,8000 189,000046,15003921,500048,8500 199,500046,40004022,000048,9000 2010,000046,80004126,500048,9500 2110,500047,00004227,000049,0000

2.2 Координаты и график кривой разгона для внутреннего канала

табл.2.2 10,000058,00003015,000065,9500 21,000058,05003115,500066,1000 31,500058,30003216,000066,2000 42,000058,45003316,500066,4000 52,500058,70003417,000066,5000 63,000059,20003518,500066,6000 73,500059,45003618,000066,6500 84,000059,70003718,500066,8000 94,500060,00003819,000066,9000 105,000060,60003919,500066,9500 115,500060,85004020,000067,0500 126,000061,15004120,500067,1500 136,500061,45004221,000067,2000 147,000062,00004321,500067,2500 157,500062,30004422,000067,3000 168,000062,55004522,500067,3500 178,500062,80004623,000067,4000 189,000063,30004723,500067,4500 199,500063,55004824,000067,5000 2010,000063,75004924,500067,5500 2110,500064,00005025,000067,6000 2211,000064,40005126,000067,6500 2311,500064,55005226,500067,7000 2412,000064,75005328,000067,7500 2512,500064,95005429,000067,8000 2613,000065,25005531,500067,8500 2713,500065,40005632,000067,9000 2814,000065,55005739,000067,9500 2914,500065,85005839,500068,0000

2.3 Координаты и график кривой разгона основного контура

табл 2.3 10,000050,95003014,500058,4000 20,500050,95003115,000058,5500 31,000051,00003215,500058,7500 41,500051,05003316,000059,0000 52,000051,10003416,500059,1500 62,500051,20003517,000059,2500 73,000051,50003617,500059,3500 83,500051,65003718,000059,6000 94,000051,85003818,500059,6500 104,500052,05003919,000059,7500 115,000052,50004019,500059,8500 125,500052,80004120,000060,0000 136,000053,05004220,500060,1000 146,500053,60004321,000060,1500 157,000053,90004421,500060,2000 167,500054,15004522,000060,3000 178,000054,45004622,500060,3500 188,500055,00004723,000060,4000 199,000055,30004823,500060,5000 209,500055,55004924,000060,5500 2110,000055,85005025,000060,6000 2210,500056,35005125,500060,6500 2311,000056,60005226,000060,7000 2411,500056,85005327,000060,7500 2512,000057,05005427,500060,8000 2612,500057,50005530,000060,8500 2713,000057,70005630,500060,9000 2813,500057,90005736,000060,9500 2914,000058,05005836,500061,0000

3. Интерполяция по трем точкам.

В программе ASR, пользуясь пунктом Уинтерполировать по 3-мФ поочередно считаем кривые разгона и строим соответствующий график.

3.1.Линейное сглаживание и график кривой разгона для внешнего контура

табл. 3.1 10,000038,99142211,000047,2000 21,000039,16672311,500047,4000 31,500039,50002412,000047,5833 42,000039,91672512,500047,7167 52,500040,40002613,000047,8667 63,000040,80002713,500048,0000 73,500041,35002814,000048,1167 84,000041,91672914,500048,1833 94,500042,48333015,000048,2833 105,000042,90003115,500048,3667 115,500043,41673216,000048,4500 126,000043,91673316,500048,5000 136,500044,40003417,000048,5667 147,000044,75003517,500048,6333 157,500045,16673619,000048,7000 168,000045,55003719,500048,7500 178,500045,90003820,000048,8000 189,000046,15003921,500048,8500 199,500046,45004022,000048,9000 2010,000046,73334126,500048,9500 2110,500046,98334227,000049,0000

3.2. Линейное сглаживание и график кривой разгона для внутреннего контура

табл 3.2 10,000057,96673015,000065,9667 21,000058,11673115,500066,0833 31,500058,26673216,000066,2333 42,000058,48333316,500066,3667 52,500058,78333417,000066,5000 63,000059,11673518,500066,5833 73,500059,45003618,000066,6833 84,000059,71673718,500066,7833 94,500060,10003819,000066,8833 105,000060,48333919,500066,9667 115,500060,86674020,000067,0500 126,000061,15004120,500067,1333 136,500061,53334221,000067,2000 147,000061,91674321,500067,2500 157,500062,28334422,000067,3000 168,000062,55004522,500067,3500 178,500062,88334623,000067,4000 189,000063,21674723,500067,4500 199,500063,53334824,000067,5000 2010,000063,76674924,500067,5500 2110,500064,05005025,000067,6000 2211,000064,31675126,000067,6500 2311,500064,56675226,500067,7000 2412,000064,75005328,000067,7500 2512,500064,98335429,000067,8000 2613,000065,20005531,500067,8500 2713,500065,40005632,000067,9000 2814,000065,60005739,000067,9500 2914,500065,78335839,500068,0000

3.3 Линейное сглаживание и график кривой разгона по основному каналу

табл. 3.3 10,000050,95003014,500058,3333 20,500050,95003115,000058,5667 31,000051,00003215,500058,7667 41,500051,05003316,000058,9667 52,000051,11673416,500059,1333 62,500051,26673517,000059,2500 73,000051,45003617,500059,4000 83,500051,66673718,000059,5333 94,000051,85003818,500059,6667 104,500052,13333919,000059,7500 115,000052,45004019,500059,8667 125,500052,78334120,000059,9833 136,000053,15004220,500060,0833 146,500053,51674321,000060,1500 157,000053,88334421,500060,2167 167,500054,16674522,000060,2833 178,000054,53334622,500060,3500 188,500054,91674723,000060,4167 199,000055,28334823,500060,4833 209,500055,56674924,000060,5500 2110,000055,91675025,000060,6000 2210,500056,26675125,500060,6500 2311,000056,60005226,000060,7000 2411,500056,83335327,000060,7500 2512,000057,13335427,500060,8000 2612,500057,41675530,000060,8500 2713,000057,70005630,500060,9000 2813,500057,88335736,000060,9500 2914,000058,11675836,500061,0000

4. Нормирование кривых разгона.

С помощью программы ASR в пункте нормировать последовательно производим нормирование сглаженных кривых и упорядочиваем время начиная с 0,0000, с шагом 0,5 для того чтобы привести полученную динамическую характеристику к единичному виду.

4.1 Нормированная кривая разгона для внешнего контура

табл.4.1 10,00000,00002210,50000,8201 20,50000,01752311,00000,8401 31,00000,05082411,50000,8585 41,50000,09242512,00000,8718 52,00000,14072612,50000,8868 62,50000,18072713,00000,9001 73,00000,23562813,50000,9117 83,50000,29232914,00000,9184 94,00000,34893014,50000,9284 104,50000,39053115,00000,9367 115,00000,44213215,50000,9450 125,50000,49213316,00000,9500 136,00000,54043416,50000,9567 146,50000,57543517,00000,9634 157,00000,61703618,50000,9700 167,50000,65533718,00000,9750 178,00000,69033818,50000,9800 188,50000,71523919,00000,9850 199,00000,74524019,50000,9900 209,50000,77354120,00000,9950 2110,00000,79854220,50001,0000

4.2 Нормированная кривая разгона для внутреннего контура

табл.4.2 10,00000,00003014,50000,7973 20,50000,01503115,00000,8090 31,00000,02993215,50000,8239 41,50000,05153316,00000,8372 52,00000,08143416,50000,8505 62,50000,11463517,00000,8588 73,00000,14783617,50000,8688 83,50000,17443718,00000,8787 94,00000,21263818,50000,8887 104,50000,25083919,00000,8970 115,00000,28904019,50000,9053 125,50000,31734120,00000,9136 136,00000,35554220,50000,9203 146,50000,39374321,00000,9252 157,00000,43024421,50000,9302 167,50000,45684522,00000,9352 178,00000,49004622,50000,9402 188,50000,52334723,00000,9452 199,00000,55484823,50000,9502 209,50000,57814924,00000,9551 2110,00000,60635024,50000,9601 2210,50000,63295125,00000,9651 2311,00000,65785225,50000,9701 2411,50000,67615326,00000,9751 2512,00000,69935426,50000,9801 2612,50000,72095527,00000,9850 2713,00000,74095627,50000,9900 2813,50000,76085728,00000,9950 2914,00000,77915828,50001,0000

4.3 Нормированная кривая разгона по основному каналу

табл. 4.3 10,00000,00003014,50000,7579 20,50000,00503115,00000,7779 31,00000,01003215,50000,7977 41,50000,01663316,00000,8143 52,00000,03153416,50000,8259 62,50000,04983517,00000,8408 73,00000,07133617,50000,8541 83,50000,08963718,00000,8673 94,00000,11773818,50000,8756 104,50000,14933919,00000,8872 115,00000,18244019,50000,8988 125,50000,21894120,00000,9088 136,00000,25544220,50000,9154 146,50000,29194321,00000,9221 157,00000,32014421,50000,9287 167,50000,35664522,00000,9353 178,00000,39474622,50000,9420 188,50000,43124723,00000,9486 199,00000,45944823,50000,9552 209,50000,49424924,00000,9602 2110,00000,52905024,50000,9652 2210,50000,56225125,50000,9701 2311,00000,58575225,50000,9751 2411,50000,61535326,00000,9801 2512,00000,64345426,50000,9851 2612,50000,67165527,00000,9900 2713,00000,68995627,50000,9950 2813,50000,71315728,00001,0000 2914,00000,7347

5. Аппроксимация методом Симою.

С помощью программы ASR в пункту аппроксимации последовательно считаем площади каждой из кривой разгона для последующего получения уравнения передаточной функции.

Для кривой разгона по внешнему контуру для объекта второго порядка получаем следующие данные: Значения площадей: F1= 6.5614 F2= 11.4658 F3= -4.5969 F4= -1.1636 F5= 44.0285 F6= -120.0300

Ограничимся второй площадью. F1<F2, а F3 отрицательная. Следовательно для определения передаточной функции необходимо решить систему уравнений: a1 = F1 + b1 a2 = F2 + b2 + b1 F2 a3 = F3 + b3 + b2 F1 + b1 F2 a1 = 6.5614 + b1 a2 = 11.4658 + b1 6.5614 0 = - 4.5969 + b1 11.4658

Решив систему получаем : b1 = 0.4 a1 = 6.9614 a2 = 14.0904 Тогда передаточная функция объекта второго порядка по внешнему контуру имеет вид: 0.4 s W(s)=


2 14.0904 s + 6.9614 s + 1

Для кривой разгона по внутреннему контуру для объекта второго порядка получаем следующие данные: Значения площадей: F1= 9.5539 F2= 24.2986 F3= -16.7348 F4= -14.7318 F5= 329.7583 F6= -1179.3989 Для определения передаточной функции решаем систему, так как F3<0. a1 = 9.5539 + b1 a2 = 24.2986 + 9.5539 b2 0 = -16.7348 + b1 24.2986

Решив систему получаем : b1 = 0.6887 a1 = 10.2426 a2 = 30.8783 Тогда передаточная функция объекта второго порядка по внутреннему контуру имеет вид: 0.6887 s + 1 W(s) =


2 30.8783s + 10.2426 s + 1

Для кривой разгона по заданию для объкта третьего порядка с запаздыванием получаем следующие данные: Значения площадей: F1= 10.6679 F2= 38.1160 F3= 30.4228 F4= -46.5445 F5= 168.8606 F6= -33.3020

Так как F3<F2 и положительна, то ограничиваемся второй площадью и передаточная объекта третьего порядка по управлению имеет вид: 1 W(s) =


2 38.1160 s + 10.6679 s + 1

6. Проверка аппроксимации методом Рунге - Кутта.

В программе ASR в пункте передаточная функция задаем полученные передаточные функции. И затем строим графики экспериментальной и аналитической кривых разгона (по полученной передаточной функции). 6.1 Для кривой разгона по внешнему контуру

Устанавливаем для проверки методом Рунге-Кутта конечное время 27c, шаг 0,5с.

6.2 Для кривой разгона по внутреннему контуру

Устанавливаем конечное время 39с, шаг 0,5с.

6.3 Для кривой разгона по основному каналу

При задании передаточной функции учитываем чистое запаздывание 0,08с. Устанавливаем конечное время 32с, шаг изменения 0,5с.

Получили, что кривые разгона практически одинаковы, следовательно аппроксимация методом Симою сделана верно. 6.4 Сравнение экспериментальных и исходных передаточных функции:

объект исходная экспериментальная передаточная передаточная функция функция

второго порядка 1 0.6887 s по возмущению W(s)=


2 2 36 s + 12 s + 1 30,8783 s + 10.2426 s + 1

второго порядка 1 0.4 s по заданию W(s)=


2 2 16,1604 s + 8,04 s + 1 14.0904 s + 6.9614 s + 1

третьего порядка 1 1 с запаздыванием W(s)=


по управлению 3 2 2 91.125 s + 60.75 s + 13.5 s + 1 38.1160 s + 10.6679 s + 1 Анализируя таблицу можно сделать вывод о том, что передаточные функции второго порядка практически одинаковы, а третьего порядка значительно отличаются. 6.5 Сравнение экспериментальных и фактических кривых разгона.

Для исходных передаточных функций с помощью программы ASR, пунктов аппроксимация (создать передаточную функцию и изменить время) получим координаты кривых разгона и сравним их с экспериментальной кривой: - по внешнему контуру

- по внутреннему контуру

- по основному каналу

Полученные значению передаточных функций не значительно отличают от фактических, что говорит о достаточно не большой погрешности между фактическими и экспериментальными данными.

Расчет одноконтурной АСР методом Роточа.

В программе Linreg задаем параметры объекта. Выбираем в качестве регулятора ПИ- регулятор. И рассчитываем его настройки:

а) для экспериментальной передаточной функции.

В программе Linreg задаем передаточную функцию объекта второго порядка с запаздыванием. Выбираем ПИ-регулятор и определяем его настройки. Получаем kp = 1.0796 Tu = 8.0434 В программе SIAM пользуясь следующей схемой для одноконтурной системы

Подаем скачек на сумматор, стоящий после запаздывания и получаем график переходного процесса по заданию:

Подаем скачек на сумматор, стоящий перед объектом и получаем график переходного процесса по возмущению:

б) для фактической передаточной функции

В программе Linreg задаем передаточную функцию объекта третьего порядка с запаздыванием. Выбираем ПИ-регулятор и определяем его настройки. Получаем kp = 0.8743 Tu = 8.3924 В программе SIAM пользуясь схемой для одноконтурной системы получаем - переходный процесс по заданию:

Расчет каскадной АСР методом Роточа.

а) для экспериментальной передаточной функции.

Первоначально определим настройки внутреннего регулятора для внутреннего контура с передаточной функцией W1(s). 0.4s + 1 W1(s) =


2 14.0904s + 6.9614s +1 С помощью программы ASR получим АФХ по передаточной функции и определим значения u(m,w), v(m,w), a(m,w), w.

v(m,w)u(m,u)a(m,w)wkpTu 1,00000,00000,00000,00000,00000,0000 1,0211-0,06781,02340,010015,07830,0109 1,0360-0,13981,04540,02007,47740,0211 1,0439-0,21511,06590,03004,97090,0307 1,0442-0,29311,08450,04003,73360,0395 1,0361-0,37281,10120,05003,00670,0475 1,0194-0,45311,11560,06002,53670,0547 0,9936-0,53291,12750,07002,21470,0609 0,9587-0,61081,13680,08001,98770,0660 0,9147-0,68571,14310,09001,18260,0701 0,8619-0,75591,14640,10001,17134,4754 0,8008-0,82031,14640,11001,63864,5739 0,7323-0,87751,14290,12001,15840,0749 0,6576-0,92631,13600,13001,59050,0737 0,5778-0,96581,12540,14001,61690,0711 0,4945-0,99531,11140,15001,68420,0668 0,4095-1,01431,09380,16001,80640,0609 0,3243-1,02291,07310,17002,01370,0533 0,2407-1,02141,04930,18002,37500,0438 0,1601-1,01031,02290,19003,08850,0324 0,0840-0,99060,99420,20005,00950,0000 0,0134-0,96350,96350,210026,11250,0034 Так как настройки регулятора не могут быть отрицательными то ограничимся 3 квадрантом. И с помощью программы на BASIC рассчитаем оптимальные настройки для ПИ - регулятора методом Стефани по следующим формулам: A^2(m,w) m 1 Tu =


w(m^2+1)* v(m,w) v(m,w) u(m,w) наибольшее отношение kp/Tu и будет оптимальными настройками. Получили что kp = 1.712763 Tu = 4.47537 В программе SIAM с помощью схемы для одноконтурной системы без запаздывания получаем переходные процессы по заданию и по возмущению:

Сравнивая график кривой разгона по основному каналу и переходный процесс внутреннего контура каскадной системы делаем вывод о том, что за время запаздывания основного контура переходный процесс во внутреннем контуре затухнуть не успевает, следовательно передаточная функция эквивалентного объекта имеет вид: Wоб(s) * Wp1(s) Wоб(s) =


1 + Wоб1(s) * Wp1(s)

1 1


2 4,4754s 38,1160s + 10,6679s + 1


0,4s + 1 1 1 +


2 4,4754s 14,0904s + 6,9614s + 1

3 2 107.9987s + 67.4444s + 14.6247s + 1 =


5 4 3 2 4116.4785s + 3186.9547s + 969.316s + 138.1861s + 15.7294s + 1

Определяем настройки ведущего регулятора. Для ПИ-регулятора получаем: kp = 0.1249 Tu = 5.4148 В программе SIAM с помощью схемы каскадной системы получаем переходный процесс по заданию:

С помощью схемы каскадной системы получаем переходный процесс по возмущению:

б) для реальной передаточной функции.

Определим настройки внутреннего регулятора для объекта второго порядка с передаточной функцией 1 W1(s) =


2 16,1604s + 8.04s + 1 Получаем следующие настройки регулятора: kp = 4.3959 Tu = 6.5957 В программе SIAM пользуясь схемой одноконтурной системы без запаздывания получаем графики переходных процессов по заданию и по возмущению:

Сравнивая график кривой разгона по основному каналу и переходный процесс внутреннего контура каскадной системы делаем вывод о том, что за время запаздывания основного контура переходный процесс во внутреннем контуре затухнуть не успевает, следовательно передаточная функция эквивалентного объекта имеет вид: Wоб(s) * Wp1(s) Wоб(s) =


1 + Wоб1(s) * Wp1(s)

1 1


3 2 6.5957s 91.125s + 60.75s + 13.5s + 1


1 1 1 +


2 6.5957s 16.1604s + 8.04s + 1

3 2 468.5449s + 249.2673s + 37.0334s + 1 =


6 5 4 3 2 42696.154s + 49705.969s + 25770.6474s + 7229.3112s + 1076.6779s+71.4868s+ 1

Определяем настройки ведущего регулятора. Для ПИ-регулятора получаем: kp = 1.2822 Tu = 6.3952 В программе SIAM с помощью схем для каскадной системы получим переходные процессы по заданию и по возмущению:

Расчет комбинированной АСР.

а) для эксперементальной передаточной функции Расчет компенсирующего устройства В программе SIAM с помощью смоделированной схемы комбинированной системы без компенсатора получим соответствующий переходный процесс:

Определим передаточную функцию фильтра для структурной схемы где выход компенсатора поступает на вход регулятора по формуле: Wов(s) Wф(s) =


Wоб(s) * Wр(s) где Wов(s) - передаточная функция канала по возмущению, Wоб(s) - передаточная функция объекта, Wp(s) - передаточная функция регулятора 0,6887s + 1


2 30.8783 s + 10.2426 s + 1 Wф(s) =


1 1


2 8.0434 s 38.8783 s + 10.6679 s + 1

4 3 2 232.5099 s + 40.1406 s + 98.6173 s + 8.6837 s =


3 2 268.1379 s + 119.8220 s + 18.9263 s + 1 Настроечные параметры компенсирующего устройства будут оптимальными, если АФХ фильтра равны нулю при нулевой и резонансной частоте. б) для реальной передаточной функции

Вы можете приобрести готовую работу

Альтернатива - заказ совершенно новой работы?

Вы можете запросить данные о готовой работе и получить ее в сокращенном виде для ознакомления. Если готовая работа не подходит, то закажите новую работуэто лучший вариант, так как при этом могут быть учтены самые различные особенности, применена более актуальная информация и аналитические данные