Анализ и синтез систем автоматического регулирования

Курсовой проект - Компьютеры, программирование

Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование

иженное математическое описание его физических свойств. При этом его свойства идентифицируют каким-либо элементарным звеном. Такое описание физических свойств системы, безусловно, весьма приближенное, но оно позволяет сравнивать между собой различные варианты структурного построения и выполнять их предварительную оценку. На начальной стадии проектирования более подробное описание выполнить в большинстве случаев невозможно.

регулятор модальный симметричный оптимум

Раздел 2. Синтез системы регулирования методами модального и симметричного оптимума

 

2.1 Основные положения метода модального оптимума

 

2.1.1 Критерий оптимизации

Будем исходить из того, что хорошо настроенная система по задающему воздействию близка к звену второго порядка (колебательное звено):

 

Wзс (р) =;

 

С точки зрения частотных свойств хорошо настроенная система должна быть похожа на идеальный низкочастотный фильтр, то есть без искажения пропускать полезный сигнал и полностью подавлять помехи. Зададимся критериями оптимального модуля:

1.АЧХ-замкнутой системы не должна иметь горбов, а быть по возможности монотонно убывающей (отсутствие горба обеспечивает минимальную перерегулировку);

2.Полоса пропускания системы для полезного сигнала должна быть как можно более широкой (это требование обеспечивает минимальное время регулирования);

 

2.1.2 Вывод условий оптимизации

Выражение АЧХ для соответствующей передаточной функции:

 

Азс (jw) =;

 

Исходя из того, что объект - низкочастотный фильтр, составляющая выражения с высокой степенью оказывает меньшее влияние на форму графика, поэтому пренебрегаем составляющей b22w4.

Если потребовать, чтобы b12=2b0b2, то частотная характеристика замкнутой системы на низких частотах практически не изменится.

Назовем это условие условием оптимизации.

Будем рассматривать объекты, модели которых представляют собой N последовательно включенных инерционных звеньев.

 

W (p) =;

 

Эту модель будем называть полной моделью объекта. Для расчетов используются модели с более низким порядком. Понижение порядка полной модели до первого с допустимой точностью возможно если:

. В цепи присутствует хотя бы одно интегрирующее звено.

. Если одна из постоянных времени полной модели намного больше суммы всех остальных постоянных времени.

 

2.1.3 Вывод формул для расчета параметров настройки регуляторов в соответствии с методом модального оптимума

Рассмотрим следующие случаи:

. Пусть полная модель объекта представляет собой N инерционных звеньев с соизмеримыми постоянными времени:

 

Wo (p) =;

 

Расчетная передаточная функция:

 

Wорасч (р). =;

 

В таком случае рекомендуется использовать интегральный регулятор:

 

 

Тогда передаточная функция разомкнутой системы примет вид:

 

Wpс (р) =Wр (p) ?Wорасч. (p) = ;

 

Передаточная функция замкнутой системы:

 

 

Примем следующие обозначения: b2=??Ти,b1=Ти,b0=Ко.

Исходя из условия оптимизации (b12=2b0b2), находим:

 

Ти=2?Ко?Tи ?;

Ти=2?Ко??;

 

Подставив это значение в передаточную функцию замкнутой системы, получим:

 

Wзс (р) =;

 

Эта передаточная функция зависит от одного параметра - ?. Данную передаточную функцию называют стандартной для систем, настроенных методом модального оптимума.

. Рассмотрим случай, когда полная модель представляет собой N инерционных звеньев и одно звено имеет большую постоянную времени, что приводит к затягиванию времени регулирования.

 

Wo (p) =, расч. (р) =;

 

В данном случае рекомендуется использовать ПИ-регулятор:

 

;

 

Принимаем Т1=Ти.

Передаточная функция замкнутой системы:

 

Wз. с (р) =;

 

Из условия оптимального модуля аналогичным образом получаем:

 

Кр=;

 

. Если полная модель представляет собой N инерционных звеньев и два звена имеют большую постоянную времени, то в этом случае используют ПИД-регулятор.

 

Wo (p) =;

Woрасч. (p) =; ;

 

Параметры настройки будут следующие:

 

Кр=;

Ти=Т1; Тд=Т2;

 

2.2 Основные положения синтеза систем методом симметричного оптимума

 

2.2.1 Критерий оптимизации

В модель объекта могут включаться, кроме инерционных звеньев и интегрирующие звенья и звенья с запаздыванием.

 

W (p) =

 

Настроить такую систему методом модального оптимума нельзя.

За базовую передаточную функцию принимаем функцию 3-гo порядка:

 

Wзс (р) ;

 

В качестве критерия оптимизации будем использовать тот же критерий оптимального модуля.

 

2.2.2 Вывод условий оптимизации

Выражение АЧХ для соответствующей передаточной функции:

 

Азс (jw) =

 

Условия оптимизации: b1=2?b0?b2,b2=2?b1?b3.

 

2.2.3 Вывод формул для расчета параметров настройки регуляторов в соответствии с методом симметричного оптимума

Рассмотрим следующие случаи:

  1. Пусть объект регулирования N инерционных звеньев, включенных последовательно с соизмеримыми постоянными времени.

 

Wo (p) =;

 

Расчетная передаточная функция: