-



   Теория автоматического управления




doc.png  Тип документа: курсовая


type.png  Предмет: Коммуникации и связь


type.png  ВУЗ: Не привязан


size.png  Размер: 180.58 Kb

1. Анализ устойчивости замкнутой системы

 

1.1 Анализ устойчивости системы по корням характеристического уравнения

Запишем передаточную функцию разомкнутой системы:

. (1)

Передаточная функция замкнутой системы имеет вид:

.

Характеристическое уравнение замкнутой системы:

 (2)

Корни характеристического уравнения (2):

Характеристическое уравнение (2) имеет два правых корня, следовательно, данная замкнутая система неустойчива.

 

1.2 Анализ устойчивости системы по алгебраическому критерию

Для характеристического уравнения (2) замкнутой системы коэффициенты aii=0..3,

а0=0.00008,

a1=0.0078,

a2= – 0.03,

a3=48.

Необходимым условием устойчивости системы является:

ai>0, i=0..3

Данное условие не выполняется (a2<0), следовательно, замкнутая система неустойчива.

 

1.3 Анализ устойчивости системы по частотным критериям

 

а) Критерий Найквиста (на комплексной плоскости)

Используя передаточную функцию разомкнутой системы (1) запишем характеристическое уравнение разомкнутой системы:

. (3)

Найдем корни характеристического уравнения (3):

Характеристическое уравнение разомкнутой системы (3) имеет один правый корень, следовательно, разомкнутая система неустойчива.

Построим годограф Найквиста.

Важно понимать - для этого определим частотную передаточную функцию разомкнутой системы и её действительную и мнимую части.

 (4)

 (5)

 (6)


Используя выражения (5) и (6), заполним таблицу:

Таблица 1.3.1

w

0 - -

P

-48 0 - 0

Q

0 - 0 0

Построим годограф Найквиста (Рис. 1.3.1):

Рис. 1.3.1

Для случая, когда разомкнутая система неустойчива критерий Найквиста звучит следующим образом: для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы годограф Найквиста охватывал особую точку (; ) в положительном направлении на угол , где lчисло правых корней характеристического уравнения разомкнутой системы.

Число правых корней характеристического уравнения разомкнутой системы (3) равно единице (l=1), полученный годограф не охватывает особую точку (-1, j0) на угол lπ=π (годограф охватывает особую точку в направлении по часовой стрелке), следовательно, критерий Найквиста не выполняется и система неустойчива.

б) Критерий Найквиста (на плоскости ЛЧХ)

Построим ЛЧХ заданной системы, для этого определим расчетные выражения для L(w) и φ(w):


 (7)

 (8)

Для построения асимптотической ЛАЧХ найдем параметры:

ЛФЧХ системы также можно построить как геометрическую сумму ЛФЧХ отдельных звеньев системы.

Графики расчетных ЛЧХ, построенные по формулам (7) и (8) изображены на рисунке (1.3.2):

Рис. 1.3.2

 

wср(частота среза) – частота, соответствующая пересечению ЛАЧХ с осью lgw;

wкр(критическая частота) – частота, соответствующая пересечению ЛФЧХ уровня –π;

Система устойчива, если выполняется условие:

wср< wкр

Данное условие не выполняется, следовательно, система неустойчива. Аналогичный вывод можно сделать по асимптотической ЛАЧХ и ЛФЧХ системы, построенной как сумма отдельных звеньев, входящих в систему, изображенной на рисунке (1.3.3):

в) Критерий Михайлова

Используя характеристическое уравнение замкнутой системы (2) введем функцию Михайлова:

, где

,

.

Для заданной системы функция Михайлова примет вид:

 (9)

                                                (10)

Графическое изображение функции Михайлова на комплексной плоскости при  называется годографом Михайлова. Важно понимать - для устойчивости системы n-го порядка необходимо и достаточно, чтобы годограф Михайлова начинался на вещественной положительной полуоси и при увеличении частоты до ∞ проходил последовательно в положительном направлении n квадранᴛᴏʙ, нигде не обращаясь в ноль.

Используя выражения (9) и (10), заполним таблицу:


Таблица 1.3.3

w

0 77,625 -

X(w)

47 0 - -∞

Y(w)

0 -39,748 0 -∞

Построим годограф Михайлова (Рис. 1.3.4):

Рис. 1.3.4

Полученный годограф начинается на вещественной положительной полуоси, проходит 2 квадранта в отрицательном направлении, таким образом, критерий Михайлова не выполняется, следовательно, система неустойчива.

 

2. Построение области устойчивости в плоскости параметра Кр

Построим область устойчивости, используя критерий Гурвица.

Запишем характеристическое уравнение замкнутой системы в общем виде:

.

Для конкретного случая характеристическое уравнение замкнутой системы имеет вид:

 (11)

Для устойчивости системы КР должно удовлетворять необходимому условию

Рис. 2.1

Но заметим, что исходный КР удовлетворяет этому условию, и его изменением устойчивости замкнутой системы добиться невозможно, т. к. в ХУ ЗС (2.3) а2<0, и зависит ϶ᴛόᴛкоэффициент от постоянных времени.

Построим область устойчивости в плоскости параметра Т2

Необходимое условие устойчивости:


 

Достаточное условие устойчивости для системы третьᴇᴦᴏ порядка по критерию Гурвица имеет вид:

 

Учитывая все условия:

Рис. 2.2

 

3. Коррекция системы

Для обеспечения устойчивости системы необходимо ввести корректирующее звено с передаточной функцией вида:

Структурная схема скорректированной системы (Рис. 3.1):

Рис. 3.1

Передаточная функция скорректированной разомкнутой системы имеет вид:

 (12)

Определим параметр Т из условия обеспечения минимального запаса устойчивости (Lзап=5 дБ).

Запас по амплитуде определяется на критической частоте – частоте, на которой функция φ(w) принимает значение, равное

Расчетное выражение для φ(w):


, отсюда

 (13)

Расчетное выражение для L(w):

 (14)

Подставим найденное выражение Т (13) в функцию L(w) (14):

На критической частоте значение функции L(w), исходя из условия обеспечения минимального запаса устойчивости, должно быть равно не менее 5 дБ.

Из данного выражения найдем wкр

wкр=308,4185, следовательно,

Т=0,001198

Анализируя данное значение и область устойчивости, найденную в п. 2, можно сделать вывод, что введение корректирующего звена с передаточной функцией  обеспечит не только устойчивость системы, но и более чем минимальный запас устойчивости по амплитуде.


4. Построение и анализ ЛЧХ системы и годографа Найквиста скорректированной системы

Используя передаточную функцию скорректированной разомкнутой системы (12), запишем характеристическое уравнение скорректированной разомкнутой системы:

 (15)

Найдем корни характеристического уравнения (15):

Уравнение (15) имеет один правый корень, следовательно, скорректированная разомкнутая система неустойчива.

Построим годограф Найквиста.

Важно понимать - для этого определим частотную передаточную функцию скорректированной разомкнутой системы и её действительную и мнимую части.

 (16)

 (17)

Используя выражения (16) и (17), заполним таблицу:


Таблица 4.1

w

0 - 328,8237

P

-48 0 -0,485 0

Q

0 - 0 0

Построим годограф Найквиста (Рис. 4.1):

 

Рис. 4.1

Для случая, когда разомкнутая система неустойчива критерий Найквиста звучит следующим образом: для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы годограф Найквиста охватывал особую точку (; ) в положительном направлении на угол , где lчисло правых корней характеристического уравнения разомкнутой системы.

Число правых корней характеристического уравнения разомкнутой системы равно единице (l=1), полученный годограф охватывает особую точку (-1, j0) на угол lπ=π, следовательно, критерий Найквиста выполняется и система устойчива.

Построим ЛЧХ разомкнутой скорректированной системы:

Определим расчетные выражения для L(w) и φ(w):

 (18)

 (19)


Для построения асимптотической ЛАЧХ найдем параметры:

ЛФЧХ системы также можно построить как геометрическую сумму ЛФЧХ отдельных звеньев системы.

Графики расчетных ЛЧХ, построенные по формулам (18) и (19), изображены на рисунке (4.2):

Рис. 4.2

 

wср(частота среза) – частота, соответствующая пересечению ЛАЧХ с осью lgw;

wкр(критическая частота) – частота, соответствующая пересечению ЛФЧХ уровня –π;

Система устойчива, если выполняется условие:

wср< wкр

Данное условие выполняется, следовательно, система устойчива. Запас устойчивости по амплитуде: Lзап= 5,8 дБ

Запас устойчивости по фазе: φзап=0,2 рад

Аналогичный вывод можно сделать по асимптотической ЛАЧХ и ЛФЧХ системы, построенной как сумма отдельных звеньев, входящих в систему.

 

5. Анализ качества системы в переходном режиме

Определим прямые показатели качества, для этого построим переходную характеристику:

, где (20)

 (21)

 

Ф(s) – передаточная функция скорректированной замкнутой системы.

Переходная характеристика, построенная по формуле (20), изображена на рисунке (5.1):

Рис. 5.1

По рисунку (5.1) определим: hmax=0.3; hуст=0.17; h(0)=0, время регулирования на уровне 0.05 (hуст-h(0)).

Коридор: [0.95 (hуст-h(0)); 1.05 (hуст-h(0))].

Коридор: [0.1615; 0.1785].

Время регулирования: tрег= 0,15 с.

Перерегулирование равно:


 (5.3)

.

Определим показатель коллебательности. Используя передаточную функцию скорректированной замкнутой системы (21), запишем частотную передаточную функцию скорректированной замкнутой системы:

Выделим действительную и мнимую части:

Модуль частотной передаточной функции замкнутой системы:

 (22)

Построим амплитудно-частотную характеристику, используя выражение (22) (Рис. 5.2):


Рис. 5.2

По рисунку (5.2) определим: ; .

Показатель колебательности M есть отношение максимальной ординаты амплитудно-частотной характеристики замкнутой системы к начальной ординате:

Определим запасы устойчивости системы.

Найдем критическую частоту – частоту, на которой значение φ(w) равняется –π.

 (23)

 

wкр=328,824

Рассчитаем запас по амплитуде:


 (24)

Запас по амплитуде: Lзап= 5,797 дБ

Найдем частоту среза – частоту, на которой значение L(w) равняется 0, используя выражение (24):

wср=232,624

Рассчитаем запас по фазе, используя выражение (23):

Запас по фазе: φзап=0,168 рад.

 

6. Анализ качества системы в установившемся режиме

Установившаяся ошибка системы равна:

 (25)

εустХо0Х0(t)+ С1Х'0(t)+…

εуст f 0F0(t)+ С1F'0(t)+…

Учитывая, что в заданном случае задающее и возмущающее воздействия – константы, необходимо найти лишь первые коэффициенты функций ошибок.

Запишем передаточную функцию замкнутой системы по ошибке по задающему воздействию:

Установившаяся ошибка системы по задающему воздействию:

Запишем передаточную функцию замкнутой системы по ошибке по возмущению:

Установившаяся ошибка системы по задающему воздействию:

Рассчитаем установившуюся ошибку системы, используя выражение (25):

Приведем размерность установившейся ошибки к размерности входного сигнала:

;

Система является статической как относительно возмущения, так и относительно задающего воздействия, установившаяся ошибка системы равна 7/282.

>> Теория автоматического управления
Теории автоматического управления
Теория автоматического управления судовой аппаратуры
Элементы теории автоматического регулирования
Терминология теории систем (автоматизированные и автоматические системы)
Исследование системы автоматического управления
Автоматические системы управления
Использование нечёткой логики в системах автоматического управления
Основные стадии создания автоматической системы управления


Похожие документы


Теория автоматического управления
1. Анализ устойчивости замкнутой системы &nbsp; 1.1 Анализ устойчивости системы по корням характеристического уравнения Запишем передаточную функцию разомкнутой системы: . (1) Передаточная функция замкнутой системы имеет вид: ...

Анализ системы управления
СОДЕРЖАНИЕ 1. Условие 2. Задание 3. Введение 4. Анализ динамических свойств объекта управления 5. Анализ динамических свойств последовательного соединения исполнительного механизма и объекта управления 6. Разработка релейного регулятора 7. Выбор структуры и параметров 8. Выводы 9. Литература...

Формирование системы колониального управления в Африке
&nbsp; Формирование системы колониального управления в Африке План 1. Английская система управления колониями 2. Французская система колониального управления 3. Антиколониальная борьба народов Тропической Африки. Последняя треть XIX века 4. Баи Буре...

Система управления в СССР в 30-40 годы
Система управления в СССР в 30-40 годы &nbsp; Содержание &nbsp; Введение 1. Основные направления реформ государственного управления в межвоенные 20-30-е гг. 2. Феномен эффективности советского государственного управления в Великой Отечественной войне 3. Особенности послевоенного государственного управления...

Система местного самоуправления в России (XV-XVII вв.)
Содержание Введение 1. Система местного управления россии конца xv - начала XVI века 1.1 Социально-экономические и политические предпосылки реформ 1.2 Эволюция наместничьего управления 2. Правовой статус органов местного самоуправления России В XVI - XVII вв. 2.1 Причины введения губного и земского управления 2.2 Формирование и деятельность губных учреждений...

Bigreferat.ru - каталог учебной информации (c) 2013-2014 | * | Правообладателям