Лабораторная работа № 4 качество систем управления в установившихся режимах
Цель работы: исследование точности систем управления при воспроизведении типовых воздействий и некоторых методов ее повышения.
Таблица 1
Объект управления
Регулятор
Усилитель
Вид
W0
K0
T0,
с
b0
Тип
Wp
W1
T1,
с
C
10
0,5
0,8
П
KП
0,1
А
10
–
0,8
ПИ
Описание системы
Предварительные
сведения. Лабораторный
стенд обеспечивает исследование
процессов в линейной системе, структурная
схема которой показана на рисунке.
Система состоит из объекта управления
(ОУ), усилителя мощности, регулятора (Р)
и компенсирующей связи (КС). Вид ОУ –
статический (С) или астатический
(А) зависит от состояния кнопки “Объект
управления”, а тип регулятора –
пропорциональный (П) или
пропорционально-интегральный (ПИ)
– от значений его коэффициентов.
Передаточные функции и неизменяемые параметры приведены в табл. 1, а остальные параметры заданы в таблице вариантов (см. приложение 1). Они устанавливаются в полях на панели стенда. Точка приложения воздействия может изменяться с помощью кнопки “Входы системы”. При этом имя “Вход 1” соответствует задающему воздействию, “Вход 2” – возмущению.
Содержание работы
Качество (точность) систем управления в установившихся режимах оценивается величиной ошибки при типовых воздействиях. В линейных системах повышение точности чаще всего достигается увеличением коэффициента усиления разомкнутой цепи и повышением порядка астатизма.
В работе исследуются шесть вариантов системы при постоянном, линейном и гармоническом сигналах. План проведения экспериментов приведен в табл. 2. Если в столбцах “Воздействие” стоит знак “плюс”, то опыт при соответствующем воздействии выполняется, а иначе – не выполняется.
1. Точность при постоянных воздействиях. В устойчивой системе при подаче на любой ее вход постоянного воздействия после окончания переходного процесса устанавливается статический режим, в котором выходные координаты всех звеньев не изменяются. При исследовании точности для заданных вариантов системы определяется зависимость статической ошибки стот величины внешнего воздействия g при различных параметрах системы. Для этого выполняются опыты, указанные в столбце “Пост.” плана. В каждом опыте измеряется величина ст для двух значений входного воздействия g1 и g2 из таблицы вариантов.
При наличии компенсирующей связи статическая ошибка системы при действии возмущения будет зависеть и от коэффициента КС. Значение bH этого коэффициента подбирается экспериментально из условия обеспечения наименьшей статической ошибки. Настройку коэффициента следует выполнять при нажатой кнопке “Процессы” клавишами управления курсором “Стрелка влево-стрелка вправо”.
2. Точность при воздействиях с постоянной скоростью. В устойчивой системе при подаче на любой ее вход линейного воздействия после оконча-
Таблица 2
План
экспериментов
для исследования
точности системы
Сис-
Структура
Параметры
Воздействие
Номер
тема
ОУ
Р
КС
Вход
Кп
Ки
bp
Пост.
Лин.
Гарм.
опыта
S1
С
П
Нет
1
Кп
0
0
+
+
+
1
2Kп
0
0
+
+
+
2
2
Кп
0
0
+
+
+
3
2Kп
0
0
+
+
+
4
S2
С
П
Есть
2
Кп
0
bн
+
+
+
5
S3
С
ПИ
Нет
1
1
Kп
0
+
+
6
Кп
2Kп
0
+
7
2
1
Кп
0
+
+
8
Кп
2Kп
0
+
9
S4
А
П
Нет
1
Кп
0
0
+
+
10
2Kп
0
0
+
11
2
Кп
0
0
+
+
12
2Кп
0
0
+
13
S5
А
П
Есть
2
Кп
0
bн
+
+
14
S6
А
ПИ
Нет
1
1
Кп
0
+
15
2
1
Кп
0
+
16
Кп
2Кп
0
+
17
При исследовании точности определяется зависимость постоянной (скоростной) ошибки скот скорости входного сигнала v при различных параметрах системы. Для этого выполняются опыты, указанные в столбце “Лин.” плана. В каждом опыте измеряется величина ск для двух значений скорости входного воздействия v1 и v2 из таблицы вариантов. Если ошибка линейно нарастает, то достаточно зарисовать ее картинку.
В случае П–регулятора при подаче воздействия на “Вход 2” можно повысить порядок астатизма настройкой коэффициента передачи КС. Величина коэффицента bH подбирается экспериментально из условия обеспечения постоянного значения ошибки.
3. Точность при гармонических воздействиях. В устойчивой системе при подаче на любой вход гармонического сигнала после окончания переходного процесса все ее переменные, включая ошибку, изменяются по гармоническому закону с частотой входного сигнала. Точность системы в этом режиме определяется величиной амплитуды ошибки при заданных частоте и амплитуде сигнала, поданного на любой вход, а также амплитудно-фазовыми искажениями при воспроизведении задающего воздействия. Для исследования точности системы выполняются опыты, указанные в столбце “Гарм.” плана. В каждом опыте измеряются величины амплитуд выхода системы А1 и ошибки А3, а также значения относительных сдвигов 1 и 3 .
Во всех опытах для удобства рекомендуется задавать амплитуду входного воздействия Aвх = 1. Частота входного воздействия f определяется в первом опыте таким образом, чтобы величина относительного сдвига 1 была примерно равна 0,1. Все остальные опыты проводятся при этом значении частоты. Коэффициент bH подбирается экспериментально из условия обеспечения минимальной амплитуды ошибки.