Лабораторная работа № 8 качество и коррекция дискретных сау

Цель работы: исследование показателей качества переходных и установившихся процессов в дискретных системах при типовых воздействиях и различных способах реализации корректирующих устройств.

Предварительные сведения. Лабораторный стенд позволяет исследовать процессы в линейных системах с единичной обратной связью, структурные схемы которых изображены на рис. 1. Схема а) соответствует непрерывной системе, схема б) – дискретной системе с непрерывным корректирующим устройством (регулятором), а схема в) – дискретной системе с дискретным регулятором. Каждая система имеет один вход и два выхода.

Рис. 1

Объект управления для всех систем одинаковый с передаточной функцией Корректирующее устройство в составе регулятора реализует пропорциональный или инерционно-форсирующий законы регулирования. Назначая вид системы (непрерывная, дискретная), тип регулятора ( непрерывный, дискретный ) и закон регулирования ( пропорциональный или инерционно-форсирующий ), можно настроить стенд на исследование любого из пяти вариантов систем с именами S₁...S₅.

Вид системы выбирается нажатием кнопки “Дискретная система” или “Непрерывная система”, а тип регулятора и закон регулирования - переключателем в поле “Звено”. В табл. 1 приведены сведения о видах и вариантах систем, типах регуляторов и их передаточных функциях.

Постоянная времени Т₁ регулятора инерционно-форсирующего типа фиксирована (T₁ = 2 c), а остальные параметры или исходные данные для их расчета берутся из таблицы вариантов (см. приложение 1). Числовые значения параметров и шаг выборки Т устанавливаются в поле “Параметры”. При этом коэффициенты передаточной функции объекта управления K₀ и T₀ могут устанавливаться или изменяться только при выбранных системах S₁ или S₂, в которых реализован пропорциональный закон регулирования.

Таблица 1

Описание исследуемых систем

Номер	Cистема		Регулятор
звена	Вид	Имя	Тип	WP
1	Непрерывная	S1	Пропорциональный	KP
	Дискретная	S2	(непрерывный)
2	Непрерывная	S3	Инерционно-форсирующий (непрерывный)
	Дискретная	S4
3	Дискретная	S5	Инерционно-форсирующий (дискретный)

Содержание работы

Технические объекты управления обычно непрерывны, поэтому при анализе и синтезе дискретных САУ удобно использовать их функциональный аналог (прототип) в виде непрерывной системы. Это позволяет определять качество дискретной системы точно так же, как и в непрерывной системе, рассматривая ее точность в установившихся режимах, быстродействие, запасы устойчивости (колебательность).

При таком подходе экспериментально определенные значения показателей качества могут несколько отличаться от их расчетных значений, полученных на основе дискретной модели системы, учитывающей только выборочные значения выхода непрерывного объекта. Однако частота выборки, назначаемая из условия обеспечения требуемых запасов устойчивости, обычно оказывается достаточно высокой, чтобы не учитывать указанные выше различия. Именно поэтому в лабораторной работе дискретные системы исследуется параллельно с непрерывным прототипом, что позволяет лучше прочувствовать как их различие, так и аналогию при оценке качества и его повышении с помощью специально включаемых в состав регулятора корректирующих устройств.

Работа выполняется в следующей последовательности. Сначала исследуются переходные процессы при ступенчатом воздействии в непрерывной и в дискретной системах с пропорциональным регулятором. Коэффициент усиления регулятора K_P выбирается из условия обеспечения требуемой точности системы в установившимся режиме: К = K_PК₀ = 98.

Переходные процессы при этом оказываются недостаточно демпфированными – перерегулирование и колебательность слишком велики. Поэтому для улучшения качества переходного процесса регулятор усложняется за счет включения в его состав последовательного корректирующего устройства инерционно-форсирующего типа. Его параметры t и Т₂ предварительно рассчитываются таким образом, чтобы асимптотическая ЛАХ разомкнутой системы имела типовой вид 20–40–20–40. Это позволяет при фиксированном расположении первых двух асимптот ЛАХ обеспечить заданное в таблице вариантов значение перерегулирования s.

Для дискретной системы рассматривается два принципиально различных варианта реализации последовательного корректирующего устройства: обычный непрерывный и дискретный. При этом дискретное корректирующее устройство задается псевдочастотной передаточной функцией W_P(u), где u=jl, а l - абсолютная псевдочастота.

Для скорректированных систем исследуются зависимости прямых показателей качества от параметров регулятора К_Р, t, Т₂ и шага выборки Т. После этого выполняется сравнительная оценка качества установившихся режимов скорректированных систем при подаче на их вход типовых воздействий в виде линейного и гармонического сигналов.

1. Системы с пропорциональным регулятором. В первом опыте исследуется система S₁. Установите заданные в таблице вариантов значения параметров объекта управления K_o, Т_o и рассчитанное значение коэффициента регулятора K_P. При включенной кнопке “Память” получите график переходной функции системы. Определите перерегулирование s, период колебаний Т_К и координаты нескольких экстремумов.

Во втором опыте для системы S₂ получите три графика переходной функции при шаге выборки Т = (0,5; 1,0; 1,5)Т_Н. Номинальный шаг выборки Т_Н = 0,02 с. Для каждого графика определите те же параметры, что и в первом опыте. Зарисуйте картинку с экрана индикатора в протокол.

2. Системы с инерционно-форсирующим регулятором. Параметры регулятора t и Т₂ для непрерывной системы S₃ рассчитываются по формулам: