- •Федеральное агентство по образованию
- •Т. А. Ширабакина основы автоматики и системы автоматического управления
- •Предисловие
- •Введение
- •1. Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по исследованию линейных систем автоматического управления
- •1.1. Исследование частотных характеристик системы автоматического управления
- •Контрольные вопросы
- •1.2. Преобразование структурных схем сау. Передаточная функция системы
- •Контрольные вопросы
- •1.3. Исследование устойчивости сау по критерию Рауса
- •Контрольные вопросы
- •1.4. Исследование устойчивости сау по критерию Гурвица
- •Контрольные вопросы
- •1.5. Исследование устойчивости сау частотным критерием Михайлова
- •Контрольные вопросы
- •2. Методические рекомендации по курсовомупроектированию
- •2.1. Задание на проект
- •2.2. Пояснения к выполнению проекта
- •2.2.1. Элементы расчетной структурной схемы. Передаточные функции
- •2.2.2. Структурные схемы эмс, их возможности и характеристики
- •2.2.3. Статические характеристики
- •Механические характеристики при отрицательных обратных связях
- •Статические характеристики при управлении перемещением
- •2.2.4. Синтез автоматизированных систем
- •2.2.5. Основные приемы оптимального синтеза структур сау
- •2.2.6. Примеры синтеза
- •3. Задания для самостоятельной работы
- •Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •Вариант 5
- •Вариант 6
- •Вариант 7
- •Вариант 8
- •Вариант 9
- •Вариант 10
- •Вариант 11
- •Вариант 12
- •Вариант 13
- •Вариант 14
- •Вариант 15
- •Вариант 16
- •Вариант 17
- •Вариант 18
- •Вариант 19
- •Вариант 20
- •Вариант 21
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Основы автоматики и системы автоматического управления
2.2.2. Структурные схемы эмс, их возможности и характеристики
Структурная схема ЭМС (см. рис. 2.1) выполняет свои задачи, обеспечивая:
необходимые статические характеристики: внешние, отражающие зависимость выходных величин от нагрузки, и регулировочные, связывающие выходные величины с управляющим воздействием;
оптимальные по качеству переходные процессы.
Внешние характеристики ЭМС представляют зависимость скорости от электромагнитного момента двигателя М и называются механическими характеристиками (МХ). Требования, предъявляемые к МХ, следующие:
скорость холостого хода (при отсутствии нагрузки) должна регулироваться плавно в широком диапазоне 0min…0max (10…50000), который задается технологическим процессом;
изменение скорости под воздействием нагрузки должно быть незначительным или вообще отсутствовать;
максимальный момент двигателя ограничивается по критериям электрической и механической прочности ЭМС допустимым для пуска его значением МП; желательно, чтобы момент был стабильным.
Идеальными МХ (рис. 2.2) являются такие характеристики, которые обеспечиваются при использовании компенсационных связей по скорости и моменту двигателя или выбором регулятора скорости (РС) и регулятора момента (РМ) с интегрирующими свойствами.
Рис. 2.2. Идеальные механические характеристики
Динамические режимы системы, без специального синтеза ее структуры, могут оказаться неоптимальными, несмотря на удовлетворительные статические характеристики.
Если РМ и РС являются усилителями пропорционального типа (П), то статическая ошибка неизбежна, при этом чем меньше коэффициент усиления регуляторов, тем больше и М.
Стабилизирующие скорость и момент отрицательные обратные связи по этим величинам (ОСС и ОСМ) не должны работать одновременно, так как будут мешать друг другу. Стремлению ОСМ понизить скорость будет противодействовать ОСС, главная задача которой – удержать скорость двигателя на заданном уровне.
Ограничение и стабилизация крутящего момента должны осуществляться на уровне МП<КМ Мн, где КМ=2…8 – допустимая перегрузочная способность двигателя (задана предварительно).
Отметим, что контролировать через обратную связь крутящий момент двигателя прямым способом, как это показано на рис. 2.1, непросто – требуются сложные и дорогостоящие датчики. Однако в большинстве режимов работы ЭМС момент двигателя пропорционален току (М=С I), поэтому обратные связи по моменту (комплексирующие и управляющие) можно осуществлять с помощью датчиков тока, которые значительно проще датчиков момента.
Удовлетворение требуемых показателей системы в статических (установившихся) режимах работы не гарантирует обеспечения необходимого качества переходных процессов. Эти процессы считаются неудовлетворительными, если их длительность превышает заданное время переходного процесса tПП (быстродействие) и заданное перерегулирование относительно ожидаемого установившегося значения. Число перерегулирований вверх и вниз не должно быть более двух.
Оценить соответствие переходных процессов (ПП) заданным требованиям можно по кривым ПП, полученным экспериментально или аналитически, или по логарифмическим амплитудно-частотным характеристикам (ЛАЧХ).
Оптимальные переходные процессы исследуемого контура системы гарантируются, если передаточная функция этого разомкнутого контура имеет вид
WТОi(p) = , (2.21)
где =ср – частота среза ЛАЧХ.
Такая передаточная функция обеспечивает одно перерегулирование при = 4,7%, время переходного процесса будет минимальным:
tПП = tp = (2.22)
По данному tПП можно установить сумму некомплексированных малых постоянных времени Тai, оставляемых в контуре:
Тai = . (2.23)
Переходные процессы структурыСАУ с передаточной функцией (2.21) являются наилучшими и характеризуются как технический оптимум (ТО) динамического режима. На рис. 2.3 кривая 1 является ПП для ТО. Рисунок приведен в относительных единицах; y*=y / yуст отражает относительное изменение выходных величин при возрастании управляющего сигнала скачком на величину х.
С
Рис. 2.3. Кривые
переходного процесса:
1 – для ТО;
2 – для СО
WСО(p) = . (2.24)
Кривая ПП для СО при изменении задающего воздействия показана на рис. 2.3.
Длительность ПП при СО в 2 раза больше длительности, достигаемой для ТО:
tПП = . (2.25)
Обеспечение оптимальных динамических режимов в статике возможно только в результате структурно-параметрического синтеза САУ. Эти вопросы рассмотрены ниже.