КТПСА_ЛАБ3_Черкашин

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра СТ

Отчет по лабораторной работе № 3 по дисциплине: «Компьютерные технологии проектирования систем автоматики»

Выполнил: Проверил:

Ст. гр. АКТСИу-17-1 доцент каф. СТ

Черкашин В.А. Ребезюк Л.Н.

Харьков 2020

3 КОРРЕКЦИЯ САР

3.1 Цель работы

Освоение основных методов повышения запаса устойчивости (коррекции) САР: 1) демпфирования (подавления колебаний) на высоких частотах, 2) демпфирования на средних частотах, 3) демпфирования на низких частотах. Приобретение навыков решения типовых задач коррекции схем на операционных усилителях. Ознакомление с основными видами корректирующий обратных связей: 1) гибкими ООС, 2) жесткими ООС, 3) положительными (изодромное звено на апериодических звене).

3.2 Ход выполнения лабораторной работы

3.2.1. Даны четыре системы в файлах k1.vsm, k2.vsm, k3.vsm, k4.vsm. Каждая обладает совокупностью уникальных свойств (табл. 3.1). Решить задачу идентификации моделей систем с описаниями, т.е. поставит в соответствие каждому описанию из таблицы 3.1 одну из моделей систем из указанных файлов. Решение обосновать.

Таблица 3.1 - Описания САР для идентификации

№ п	Свойства САР (состоящих из минимально фазовых звеньев)	файл
1	ЛФЧХ разомкнутой системы чуть выше частоты среза (в пределах декады) меняет свое значение от -90 до -270 градусов. Допустимая минимально возможная потеря частотных свойств (площади ограниченной ЛАЧХ и осью частот)	k2.vsm
2	ЛАЧХ разомкнутой САР соответствует трехкаскадным операционного усилителя без внутренней коррекции (звено с большим коэффициентом усиления и три апериодических звена с близкими сопрягающей частотами), и пересекает вот частот с наклоном -60 дБ / дек. Допустимая существенная потеря полосы пропускания	k1.vsm
3	ЛФЧХ системы вплоть до частоты среза приобретает значения около -180 градусов. Для исключения условий, при которых возможно появление неустойчивости в большом, дополнительные отрицательные фазовые сдвиги НЕ допустимы	k3.vsm
4	Вблизи частоты среза и выше по частоте более декады наклон ЛАЧХ разомкнутой системы составляет -40 дБ / дек. Допустимая минимально возможная потеря частотных свойств	k4.vsm

Рисунок 3.1 - ЛАЧХ разомкнутой САР трехкаскадного операционного усилителя, которая пересекает вот частот с наклоном -60 дБ / дек (файл k1.vsm)

Рисунок 3.2 - ЛФЧХ разомкнутой системы чуть выше частоты среза (в пределах декады) меняет свое значение от -90 до -270 градусов (файл k2.vsm)

Рисунок 3.3 - ЛФЧХ системы вплоть до частоты среза приобретает значения около -180 градусов (файл k3.vsm)

Рисунок 3.4 - ЛАЧХ разомкнутой системы вблизи частоты среза и выше по частоте более декады наклон составляет -40 дБ / дек (файл k4.vsm)

3.2 Коррекция САР

Данная схема модели (файл K3.vsm):

- ПФ 1-го порядка объекта управления

Рисунок 3.5 - Передаточная функция объекта управления

- реализован принцип управления по отклонению

- Закон управления: нет.

Задан задающий сигнал 1 (t).

Необходимо: скорректировать САР одним из методов коррекции и подобрать звено для реализации выбранного метода демпфирования.

Сначала надо исследовать начальную модель и дать оценку качества управления по:

- запасом устойчивости (L (A), , ξ, μ)

- точностью (ошибка в установленном режиме);

- быстродействием (tП - время переходного процесса, ωП - частота пропускания, ωС - частота среза).

Рисунок 3.6 - Переходная характеристика исходной системы К3

Рисунок 3.7 - Переходная характеристика исходной системы К3, где видно неустойчивость системы

ЛАЧХ и ЛФЧХ исходной модели с обозначенными запасами устойчивости показано на рисунке 3.8

Рисунок 3.8 - ЛАЧХ и ЛФЧХ исходной модели с указаными запасами устойчивости

ЛАЧХ с обозначенной частотой пропускания изображена на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 - ЛАЧХ с обозначенной частотой пропускания

По значениями нулей и полюсов (см. рис. 3.15) определили степень устойчивости ξ и колебательность μ системы автоматического управления по формулам:

Рисунок 3.10 - Нули и полюсы замкнутой системы

Измеренные параметры оценки качества управления занесены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Значения параметров оценки качества управления

№ н / п	Наименование параметра	Значение для коррекции	Значение после коррекции
	Запас устойчивости
1.	Запас по амплитуда L (A), dB	55,21	101,28
	180º)	90615,814	1045953,1
2.	Запас по фазе , Град.	3,34	56,65
	Частота среза (С), Рад / с.	3244,2261	2536,6195
3.	Частота полосы пропускания (П), Рад / с.	4181,3678	3085
	Корневые оценки
4.	Степень устойчивости системы	50	520
5.	колебательность системы автоматического управления	73,4778
	Точность
6.	Ошибка в установленном режиме	(Система в автоколебательном режиме, то есть у нее имеется установившегося режима)	0
	Быстродействие
7.	Время переходного процесса tП (Δ = ± 2%), с.	(Система в автоколебательном режиме, поэтому невозможно определить время переходного процесса)	0,0040

После исследования исходной системы, воспользуемся блоком коррекции для демпфирования частот трех разных интервалов, сконфигурирует его и оценим качество управления новой системой.

Модель К3 с подключенным блоком коррекции изображена на рисунке 3.11.

Рисунок 3.11 - Модель К3 с подключенным блоком коррекции

Сначала проведем исследования влияния отдельных звеньев блока коррекции а также их комбинаций на переходную характеристику. Схемы включения и переходные характеристики (ПХ).

Рисунок 3.12 - ПХ при демпфировании только низких частот. Автоколебания свидетельствует о неустойчивости системы

Рисунок 3.13 - ПХ при использовании только коэффициента ослабления. Система стала устойчива, однако есть колебания в начале

Рисунок 3.14 - ПХ при демпфировании только высоких частот. Все параметры значительно улучшились

Рисунок 3.15 - ПХ при демпфировании высоких частот и использовании коэффициента ослабления. Параметры еще больше улучшились

Рисунок 3.16 - ПХ при демпфировании низких частот и использовании коэффициента ослабления. Колебательность увеличилась, система не устойчива

По результатам экспериментов сделаны следующие выводы:

1. При демпфировании только высоких частот, параметры системы улучшаются. Система устойчива.

2. При демпфировании только низких частот колебательность увеличивается, система не устойичва

3. Только средних, тоже улучшаются, однако есть колебания в начале. Система устойчива.

Для коррекции САР была выбрана комбинация демпфирования высоких частот и коэффициента ослабления.

Рисунок 3.17 - Настроен блок коррекции

Переходная характеристика с обозначенным временем переходного процесса изображена на рисунке 3.18.

Рисунок 3.18 - Переходная характеристика переходного процесса

По значениям нулей и полюсов (см. Рис. 3.24) определили степень устойчивости ξ и колебательность μ САР по формулам:

Рисунок 3.19 - Нули и полюсы замкнутой системы с блоком коррекции

Рисунок 3.20 - ЛАЧХ и ЛФЧХ с определенными запасами устойчивости

Рисунок 3.28 - ЛАЧХ и ЛФЧХ метода демпфирования

ВЫВОДЫ

Во время выполнения лабораторной работы была проведена идентификация САР, усвоенные методы повышения точности САР (демпфирования частот различных диапазонов) и применены для коррекции одной из моделей, согласно варианту задания.

После удачной идентификации пяти систем, в соответствии с полученным варианта, необходимо было исследовать модель K3 и повысить качество ее управления, применив методы демпфирования низких, средних и высоких частот.

Изначально система была не устойчивая, однако использовав метод демпфирование высоких частот и использования коэффициента ослабления, получилось добиться устойчивости системы. Другие параметры значительно улучшились. Это говорит о том, что корректировка была выполнена успешно. Параметры до корректировки и после приведены в таблице 3.1.