Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
курсовой по идентификации якуб.doc
Скачиваний:
4
Добавлен:
31.07.2019
Размер:
115.2 Кб
Скачать

1 Идентификация и моделирование технологических объектов управления в составе замкнутых систем

Основное назначение любой замкнутой системы - это поддерживать равенство:

У(t) = Хз, (1.1)

где У (t) - мгновенное значение исходной координаты;

Хз - задание.

Выполнение равенства (1.1) возможно лишь при условии компенсации замкнутой системой всех возмущающих воздействий. Поэтому можно ска­зать, что все основные возмущающие воздействия будут подавляться самой системой и не будут влиять на результаты эксперимента.

Поскольку идентифицирующий сигнал подается на вход замкнутой системы по каналу задачи, то он точно с учетом резонансных свойств будет отрабатываться системой. То есть в этом случае нет значения какого типа объекты и регуляторы находятся в составе системы. Кроме этого, поскольку эксперимент проводится в действующей системе, то учитываются все свой­ства реальных технических средств автоматизации.

Для проведения идентификации на вход замкнутой системы (рису­нок 1.1) подается идентифицирующий сигнал:

X = А * sint).

Рисунок 1.1 - Структурная схема

Спустя некоторое время на выходе замкнутой системы тоже появится изменение периодической составляющей:

У = Ау * sint + Δtω) (1.2)

где Ау - амплитуда сигнала на выходе замкнутой системы;

Δt на какой исходный сигнал отстает от входного сигнала.

То есть можно определить модуль Азс(ω) и фазу φзс(ω) замкнутой системы на частоте эксперимента:

Азc = Аyx (1.3)

φзс = Δt * ω (1.4)

Поскольку передаточная функция замкнутой системы с отрицательной обратной связью определяется:

Wзс(p) = Wрс(p)/(1 + Wрс(p)) (1.5)

То отсюда можно найти передаточную функцию разомкнутой системы:

Wрс(p) = Wзс(p)/(1 – Wрс(p)) (1.6)

Если заменить p на jω, то можно перейти к комплексным частотным функциям:

Wpc(jω) = Wзс(jω)/(1 – Wрс(jω)) (1.7)

Отсюда

Арс(ω) = Арс(ω) /( |1 – Wзс(p)| ) (1.8)

Комплексную частотную функцию замкнутой системы можно также представить в виде суммы вещественной и мнимой составляющих:

Wзс(jω) = Рзс(ω) + jQзс(ω) (1.9)

Где

Рзс(ω) = Азс(ω) * соs (φзс(ω))

Qзс(ω) = Азс(ω) * sin (φзс(ω)) (1.10)

Тогда выражение (1.8) можно переписать в следующем виде:

(1.11)

Фазу φрс(ω) можно рассчитать:

φрс(ω) = φзс(ω) – аrсtg(Qзс(ω)/( 1 – Рзс(ω))) (1.12)

Если 1 - Рзс(ω) < 0

φрс(ω) = φзс(ω) – аrсtg(Qзс(ω)/( 1 – Рзс(ω))) – π (1.13)

Таким образом, получив в результате эксперимента Азс(ω) и φзс(ω), можно рассчитать Арс(ω) и φрс(ω) на частоте экспери­мента. Поскольку эксперимент проводился в действующей системе при из­вестных параметрах настройки регулятора Кр и Ти, то можно также рассчи­тать, модуль Ар(ω) и фазу φр(ω) регулятора на частоте эксперимента. Например, для ПИ- регулятора:

(1.14)

φр(ω) = – аrсtg(1/(Тiω) (1.15)

Далее можно рассчитать модуль Аоб(ω) и фазу φоб(ω) объекта на частоте эксперимента:

Аоб(ω) = Арс(ω) /Ар(ω) (1.16)

φоб(ω) =φрс(ω) – φр(ω) (1.17)

Таким образом, проведя эксперимент в составе замкнутой системы, достаточно просто можно получить оценки Аоб(ω) и φоб(ω) комплексной частотной характеристики, в которых будут учтены динамические свойства всех составляющих действующей системы. В этом случае процедура идентификации отличается от процедуры идентификации в отдельности взятых объектов только наличием операций расчета по Азс(ω) и φзс(ω) оценок Аоб(ω) и φоб(ω) и хорошо иллюстрируется для структуры мо­дели:

(1.18)

Составим блок-схему расчета коэффициентов структуры (1.18) (рис.1.2) и программу на языке QBASIC, листинг которой приведен на рисунке 1.3.

Рисунок 1.2, лист 1 - Блок-схема расчета коэффициентов

Рисунок 1.2, лист 2 - Блок-схема расчета коэффициентов

CLS

pi = 3.1415

w1 = .001783: w2 = .004523

a1 = 1.069482: a2 = 1.367973

f1 = -30: f2 = -110

f1 = f1 * pi / 180

f2 = f2 * pi / 180

kr = 1.07

ti = 307

z = .00001: n = 500: tau = 500: b = 0

p = a1 * COS(f1): q = a1 * SIN(f1)

ars = a1 / SQR((1 - p) ^ 2 + q ^ 2)

fznam = -ATN(q / (1 - p))

IF (1 - p) < 0 THEN fznam = fznam - pi

frs = f1 - fznam

areg = kr * SQR(1 + 1 / (ti ^ 2 * w1 ^ 2))

freg = -ATN(1 / (ti * w1))

f1 = frs - freg

a1 = ars / areg

p = a2 * COS(f2): q = a2 * SIN(f2)

ars = a2 / SQR((1 - p) ^ 2 + q ^ 2)

fznam = -ATN(q / (1 - p))

IF (1 - p) < 0 THEN fznam = fznam - pi

frs = f2 - fznam

areg = kr * SQR(1 + 1 / (ti ^ 2 * w2 ^ 2))

freg = -ATN(1 / (ti * w2))

f2 = frs - freg

a2 = ars / areg

f = f1: a = a1: w = w1

m1:

IF ABS(tau * w) >= ABS(f / 2) THEN tau = tau / 2: GOTO m1

m2:

IF b = 0 THEN

T = TAN((-f - tau * w) / n) / w

k = a * (SQR(T ^ 2 * w ^ 2 + 1)) ^ n

w = w2

a = a2

f = f2

b = 1

ELSE

n = 2 * LOG(k / a) / (LOG(T ^ 2 * w ^ 2 + 1))

tau = (-f - n * ATN(T * w)) / w

w = w1

a = a1

f = f1

b = 0

END IF

d = k / (SQR(T ^ 2 * w ^ 2 + 1) ^ n)

c = -n * ATN(T * w) - tau * w

IF ABS((a - d) / a) > z THEN GOTO m2

IF ABS((f - c) / f) > z THEN GOTO m2

PRINT "N="; n, "K="; k, "tau="; tau, "T="; T

END

Рисунок 1.3 – Листинг программы идентификации объ­екта управления в составе замкнутой системы

Результат вычисления:

K = 0,9998173; T = 160,3037с; n = 2,989523;  = 30,84153с.

Таким образом, определили математическую модель объекта в виде передаточной функции:

По полученным данным амплитуды и фазы строим комплексно-частотную характеристику замкнутой системы с помощью пакета прикладных программ Mathcad (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 – Комплексно-частотная характеристика замкнутой системы

ВЫВОДЫ

В ходе выполнения курсовой работы проведена идентификация объекта управле­ния в составе замкнутой системы.

Получив в результате эксперимента Азс(ω) и φзс(ω), рассчитаны Арс(ω) и φрс(ω) на частоте эксперимента. Поскольку эксперимент проводил­ся в действующей системе при известных параметрах настройки регулятора Кр и Ти, то рассчитаны модуль Ар(ω) и фаза φр(ω) регулятора на частоте эксперимента.

Были найдены неизвестные коэффициенты принятой модели объекта. Таким образом, передаточная функция объекта управления имеет вид:

Составлена блок-схема (рис.1.2) и программа (рис.1.3) для проведения идентификация объекта управления в составе замкнутой системы. Построена комплексно-частотная характеристика замкнутой системы (рис.1.4).

Поскольку эксперимент проводится в действительной системе с реальным объектом и реальным регулятором, то естественно, что в КЧХ замкнутой системы были учтены свойства всех технических средств автоматизации, входящих в состав замкнутой системы.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Попович М.Г.Довальчук О.В. Теория автоматического управления. - Киев,"Лыбедь", 1997 - 540с.

2. Ротач В.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетиче­скими процессами. - Г.: Энергоатомиздат, 1985 - 310с.

3. Автоматизация настройки автоматических систем управления. Под ред. В.Я.Ротача - М.: Энергоатомиздат - 1975. 270с.

4. Растригин Л.А., Маджаров Н.Э. Введение в идентификацию объектов управления. Г.: Энергия -1977. 216с.

5. Катковник В.Я. Непараметрическая идентификация и сглаживание данных. Метод локальной аппроксимации. Г.: Мир -1985. 336с.