КТПСА_отчет_лаб2
.docxМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра СТ
Отчет по лабораторной работе № 2 по дисциплине: «Компьютерные технологии проектирования систем автоматики»
Выполнили: Проверил:
Ст. гр. АКТСИу-17-1 доцент каф. СТ
Черкашин В.А. Ребезюк Л.Н.
Юрченко В.Р.
Харьков 2020
2 ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ САР
2.1 Цель работы
Освоение основных методов повышения точности САР:
1) увеличения коэффициента усиления разомкнутой цепи,
2) регулирования по производным от ошибки с увеличением контурного коэффициента усиления,
3) повышения степени астатизма,
4) применения неединичных обратных связей или масштабирующих устройств на входе / выходе,
5) введения комбинированного управления.
2.2 Ход работы
2.2.1 Идентификация САР и применение методов повышения точности к САР
Дано пять систем. Каждая обладает совокупностью уникальных свойств. Идентифицировать (установить соответствие) системы в файлах по описаниям (таблица 2.1). Выбор обосновать.
Таблица 2.1 – идентификация файлов по описаниям
Nо |
Свойства САР (состоящих из минимально фазовых звеньев) |
Метод, файл |
1 |
САР статическая. Контурный коэффициент мал (<10). Объект и чувствительный элемент являются одним конструктивным элементом (нет возможности изменить вид ЛАЧХ прямого канала) |
NON_1OOC.VSM |
ИЛИ: ЛАЧХ разомкнутой системы в области низких частот имеет наклон -20 или -40 дб/дек. При этом либо в измерительном канале (на входе, вне контура регулирования) неединичный коэффициент передачи, либо в цепи обратной связи установлен делитель сигнала |
||
2 |
Объект моделируется двумя звеньями: колебательным (с большим подавлением) и апериодическим. Сопрягающая частота апериодического звена на две декады меньше резонансной частоты колебательного звена |
PROP.VSM
|
3 |
ЛАЧХ разомкнутой системы имеет вид 20-0-20-40. Предъявлены требования: минимально возможное перерегулирование, и малые собственные шумы САР. В точке единичного усиления фаза, уменьшаясь, пересекает значение -90 градусов с небольшим приращением |
COMBINAI.VSM |
Продолжение таблицы 2.1
4 |
Объект моделируется двумя звеньями: колебательным (с большим подавлением) и апериодическим. Сопрягающая частота апериодического звена на две декады больше резонансной частоты колебательного звена |
P_DERIVA.VSM |
5 |
ЛАЧХ разомкнутой системы в области низких частот имеет наклон 0 дб/дек. Контурный коэффициент объекта не стабилен в той же полосе частот (в области низких частот); или предъявлено требование равенства нулю первой или первой и второй составляющих ошибки |
P_D_AST.VSM |
Рисунок 2.1 – Идентификация файла NON_1OOC.VSM
Файл NON_1OOC.VSM относится к первому случаю, так как в цепи обратной связи установлен делитель сигнала (0.8) и ЛАЧХ разомкнутой системы в области низких частот имеет наклон -20 дб/дек.
Рисунок 2.2 – Идентификация файла PROP.VSM
Файл PROP.VSM относится ко второму случаю, так как объект моделируется двумя звеньями: колебательным и апериодическим. А также сопрягающая частота апериодического звена на две декады меньше резонансной частоты колебательного звена.
Сопрягающая частота – это частота, при которой меняется наклон ЛАЧХ, когда начинает действовать другое звено в цепи.
Рисунок 2.3 – Идентификация файла COMBINAI.VSM
Файл COMBINAI.VSM относится ко третьему случаю, так как ЛАЧХ разомкнутой системы имеет вид 20-0-20-40 (участок с нулевым наклоном не продолжителен).
Рисунок 2.4 – Идентификация файла P_DERIVA.VSM
Файл P_DERIVA.VSM относится к четвертому случаю, так как сопрягающая частота апериодического звена на две декады больше резонансной частоты колебательного звена.
Рисунок 2.5 – Идентификация файла P_D_AST.VSM
Файл P_D_AST.VSM относится к пятому случаю, так как ЛАЧХ разомкнутой системы в области низких частот имеет наклон 0 дб/дек.
2.2.2. В работе изучается пять методов повышения точности САР. Выбрать наиболее эффективный или единственно возможный метод повышения точности для каждой САР. Выбор обосновать.
Индивидуальное задание, согласно пятого варианта ускоренной группы АКТСИу-17-1, представлено в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Исходные данные
Номер варианта |
Рабочие файлы: |
Входные данные |
|
4 |
[4.vsm] |
COMBINAI.VSM |
Т1=18;Т2=0,07; Т3=0,0002 |
Разработка схем САР, для каждого метода и их комбинаций, вместе с показаниями осциллографа и погрешности на конец моделирования, изображена на рисунках 2.6 – 2.13, соответственно таблицы 2.3.
Рисунок 2.6 – Исходная модель
Рисунок 2.7 – Метод усиления коэффициента (K = 100)
Рисунок 2.8 – Метод добавление звена астатизма (Ki=1)
Рисунок 2.9 – Метод производная по ошибке (kd=1)
Рисунок 2.10 – Метод масштабирования устройства на входе (множитель) и производная по ошибкам(Км=1.05, kd=1)
Рисунок 2.11 – Метод комбинированный: масштабирующее устройство на входе (множитель) + звено астатизма (Км=1.025; Ki=2)
Рисунок 2.12 – Метод комбинированный: контурный коэффициент усиления + производная по ошибке (К=2; Kd=1)
Таблица 2.3 – Результаты экспериментов
Методы |
Параметры |
Погрешность (на конец времени моделирования) (0.2 с.) |
Быстродействие (время переходного процесса) ∆±2% |
Запас устойчивости |
|
По фазе |
По амплитуде |
||||
Исходная модель |
- |
0.00615865407682303 |
0.19625 |
82о |
146 |
Коэф. усиления |
K=100 |
-7.20846324078206e-005 |
0.0022 |
75о |
98 |
Продолжение таблицы 2.3
Астатизм |
Не имеет смысла измерять, так как уже из ПХ видно, что система не будет удовлетворять заданным мною показателям точности, а именно улучшенная система должна быть лучше по точности, чем исходная |
||||
Производная от ошибки |
Не имеет смысла измерять, так как уже из ПХ видно, что система не будет удовлетворять заданным мною показателям точности, а именно улучшенная система должна быть лучше по точности, чем исходная |
||||
Масштабирующее устройство на входе |
Просто так не имеет смысла применять, только с астатизмом или производная по ошибке, так как из ПХ видно, что они там могут понадобиться |
||||
Комбинированное: Масштабирующее устройство на входе + звено астатизама |
T=2, K=1.025 |
0.000133589540015966 |
0.0019 |
31о |
87 дб |
Комбинированное: Масштабирующее устройство на входе + производная по ошибке |
Кd=1 K=1.05 |
0.00455477561144235 |
0.0035 |
41о |
98 дб |
ВЫВОДЫ
В ходе лабораторной работы были освоены основные методы повышения точности САР, такие как метод увеличения коэффициента усиления разомкнутой цепи, метод регулирования по производным от ошибки с увеличением контурного коэффициента усиления, метод повышения степени астатизма, масштабирующих устройств на входе / выходе, метод введения комбинированного управления.
А также был выбран лучший метод повышения точности, согласно индивидуальному варианту задания, которым является метод контурного коэффициента. При применении других методов система не показывала таких улучшений по точности, как данный метод, а также в ПХ в начале появлялись колебания, что будет влияет на такой параметр как перерегулирования, тем более запас по амплитуде и фазе не значительно уменьшился в отличии от использования других методов. Так же стоит заметить, что метод масштабирующего устройства применим только, когда амплитуда выходного сигнала не совпадает с задающем, такой случай был при применении звена астатизма и метод производных по ошибке.