Разработка и исследование аналого-цифровой управляемой системы
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Реферат
Объектом исследования являются разомкнутые и замкнутые непрерывные и дискретные системы автоматического управления с минимально-фазовым объектом и не минимально-фазовым объектом.
Цель работы - получить необходимые знания о системах автоматического управления с минимально-фазовыми и не минимально-фазовыми объектами управления и их динамических характеристиках.
В результате исследования были созданы дискретный компенсационный регулятор, минимально-фазовый и не минимально-фазовый объекты управления, реализованные на реверсивных операционных усилителях.
Степень внедрения - результаты работы могут быть использованы в качестве основы для лабораторных работ.
Введение
Развитие современного мира невозможно без ЭВМ и автоматизированных систем управления. Технический прогресс прочно связан с развитием систем анализа и обработки данных об объектах. АСУТП находят своё применение практически во всех сферах производства. К ним предъявляются самые разные требования. Чтобы управление системами было качественное и удовлетворяло поставленным условиям необходимо также развитие и правильность подобранных её составных компонентов. Большое внимание уделяется качеству управления.
В данной работе решён комплекс задач, обеспечивающих построение аналого-цифровых управляемых систем. Выбор темы обусловлен интересом к переходным процессам, поэтому и освещается в ней по большей части динамика системы в переходных режимах.
Данные системы носят довольно общий характер, и могут служить во многих промышленных сетях, причём как целой, так и составной частью.
В проекте подробно рассмотрен вопрос об устойчивости систем, качестве переходного процесса систем и объектов управления, реализации систем и пути решения этих проблем.
Данная система может применяться в качестве макета для изучения динамических свойств непрерывных и дискретных САУ на лабораторных занятиях.
1. Исследование характеристик минимально-фазового и не минимально-фазового объекта управления
.1 Определение минимально-фазового и не минимально-фазового объектов
По динамическим характеристикам управляемые объекты можно разделить на две группы - минимально-фазовые и не минимально-фазовые.
Минимально-фазовый элемент - это элемент, у которого все полюса и нули передаточной функции W(p) имеют отрицательные действительные части.
Минимально-фазовые элементы дают минимальный фазовый сдвиг по сравнению с любыми другими элементами, имеющими такую же амплитудную характеристику A(w), но у которой действительная часть хотя бы одного полюса или нуля положительна.
Минимально-фазовые элементы обладают важным для практических расчётов свойством: их частотная передаточная функция полностью определяется одной из трёх составляющих - вещественной частотной характеристикой (ВЧХ), мнимой частотной характеристикой (МЧХ), амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ). Это существенно упрощает задачи анализа и синтеза минимально-фазовых систем.
Не минимально-фазовый объект, в простейшем случае, можно представить в виде последовательного соединения минимально-фазового объекта и звена, имеющего один нуль в правой полуплоскости.
Не минимально-фазовые звенья на практике используются для корректирования характеристик цепей или для повышения устойчивости [1].
1.2 Компьютерное моделирование объектов управления
Для анализа динамических характеристик систем с минимально-фазовыми и не минимально фазовыми объектами сначала необходимо провести моделирование данных объектов.
В качестве минимально-фазового объекта управления в первом случае будет выступать звено с передаточной функцией в форме нулей и полюсов
где Wm(p) - непрерывная передаточная функция минимально-фазового объекта управления. Как видно нуль здесь равен -2, а полюсы равны -1. Вещественная часть нуля отрицательна, значит объект минимально-фазовый. Приведём данное выражение в форму передаточной функции. Для этого введём в пакете Matlab следующие строки
>>z1=zpk([-2],[-1 -1],[2])
Ввод передаточной функции, которую назовём z1, так как в дальнейшем ещё потребуется ввести ещё несколько передаточных функций.
Результат ввода/pole/gain:
(s+2)
-------
(s+1)^2
>> z2=tf(z1)
Перевод из формы нулей и полюсов (zpk-формы) в форму передаточной функции (tf)
Transfer function:
s + 4
------------^2 + 2 s + 1
Результат операции - передаточная функция в обыкновенном виде.
Проведём моделирование в Matlab:Simulink этого объекта [2]. Это необходимо для дальнейшего исследования систем с минимально-фазовыми и не минимально-фазовыми объектами управления. Как видно на рисунке 1 переходный процесс устанавливается за конечный промежуток времени, значит, данный объект устойчив (рисунок 1).
Рисунок 1 - График переходной функции минимально-фазового объекта
Теперь произведём моделирование не минимально-фазового объекта управления с передаточной функцией в форме нулей-полюсов
где Wn(p) - непрерывная передаточная функция не минимально-фазового объекта управления. Нуль в этом выражении равен 2, что и делает этот объект не минимально-фазовым.
Для дальнейшего исследования систем, в составе которых присутствуют не минимально-фазовые объекты необходимо построить график переходного процесса этого звена в програм