Лабораторная работа № 5 качество систем управления в переходных режимах

Цель работы: экспериментальное определение различных показателей качества переходных процессов в системе при ступенчатом задающем воздействии и исследование их взаимосвязи.

Предварительные сведения. Лабораторный стенд обеспечивает исследование переходных процессов в линейной системе, структурная схема которой показана на рисунке. Система состоит из объекта управления (ОУ), усилителя мощности, регулятора (Р) и блока вычисления интегральной квадратичной ошибки (БКО), в состав которого входит блок умножения (квадратор) и блок интегрирования (интегратор). Передаточные функции блоков системы и неизменяемые параметры звеньев приведены в табл. 1, а остальные параметры заданы в таблице вариантов (см. приложение 1). Они устанавливаются в соответствующих полях на панели стенда.

Таблица 1

Описание системы

Объект управления		Регулятор	Усилитель		Интегратор БКО
W0	K0	Wp	W1	Т1 , с	Wи	KI
	5			0.04		10

Cодержание работы

Качество САУ определяется не только точностью воспроизведения задающего воздействия, но и характером протекания переходных процессов. Для оценки качества переходных процессов в линейной САУ используются несколько групп показателей:

а) прямые показатели качества – числовые характеристики (параметры) переходной функции замкнутой системы;

б) частотные показатели качества – параметры частотных характеристик разомкнутой или замкнутой системы;

в) интегральные показатели качества – функционалы интегрального вида от переходной составляющей ошибки при ступенчатом входном сигнале;

г) корневые показатели качества – параметры области локализации характеристических корней (полюсов) замкнутой системы.

В общем случае между этими показателями не существует строгой аналитической связи, но для конкретных (или типовых) систем такие зависимости могут быть приближенно найдены в графическом или аналитическом виде. При таком подходе к оценке качества систем управления значения показателей качества переходных процессов зависят только от структуры и параметров системы и не зависят от входных сигналов. Несмотря на ограниченность, этот подход широко используется для сравнительного анализа различных вариантов систем на этапе их динамического синтеза.

В лабораторной работе экспериментально определяются прямые, частотные и интегральные показатели качества переходных процессов для системы с астатизмом второго порядка, имеющей типовую асимптотическую ЛАХ вида 40-20-40. Такая ЛАХ является базовой в процедуре динамического синтеза системы частотными методами в тех случаях, когда требования к запасам устойчивости системы заданы в виде ограничений на величину показателя колебательности или перерегулирования.

Поскольку качество переходного процесса, в основном, определяется частотными свойствами разомкнутой системы в среднечастотном диапазоне, то характер приближенных зависимостей между различными показателями качества переходных процессов для такой системы оказывается примерно таким же, как и для более сложных минимально-фазовых систем, амплитудно-частотные характеристики которых имеют аналогичный вид в окрестности частоты среза.

Параметры типовой ЛАХ могут изменяться в широких пределах, что позволяет исследовать взаимосвязь различных показателей качества. Для этого выполняются опыты, указанные в табл. 2.

В первой группе опытов одновременно увеличиваются коэффициент усиления регулятора К_и и постоянная времени усилителя Т₁. При таком их изменении происходит уменьшение протяженности среднечастотного участка асимптотической ЛАХ с наклоном -20 дБ/дек, причем при указанных значениях параметров частота среза w_с остается практически постоянной, а базовая частота w₀ возрастает.

Во второй группе опытов увеличивается только коэффициент усиления регулятора, а значит и коэффициент передачи разомкнутой системы. При этом положение высокочастотной асимптоты типовой ЛАХ не меняется, базовая частота и частота среза возрастают, а протяженность участка с наклоном -20 дБ/дек уменьшается.

В третьей группе опытов увеличивается только постоянная времени усилителя T₁. При этом коэффициент усиления разомкнутой системы и базовая частота w₀ не изменяются, а частота среза и протяженность участка с наклоном -20 дБ/ дек уменьшаются.

При выполнении опытов каждой группы определяются прямые, интегральные и частотные показатели качества переходных процессов.