Отчет о работе

Отчет должен содержать:

1. Математическую модель исследуемой ЦАС в виде структурной схемы.

2. Распечатку машинной модели ЦАС.

3. Выбранные значения параметров , , цифрового корректирующего звена, реализованного в ЦВМ.

4. График изменения ошибки ЦАС с выбранными значениями параметров цифрового корректирующего звена при отработке входного воздействия g(t)=0,1·1(t).

5. Оценку влияния периода квантования на показатели качества переходного процесса ЦАС.

Контрольные вопросы

1. Какое математическое описание имеют ЦВМ, ЦАП, непрерывная часть ЦАС?

2. В чем заключается особенность моделирования ЦАС в пакете Simulink?

3. Какое непрерывное корректирующее звено аппроксимирует цифровое корректирующее звено, параметры которого Вы выбирали в данной лабораторной работе?

4. Какие блоки библиотеки пакета Simulink используются при моделировании ЦАС? Какие параметры имеют эти блоки?

5. Как влияет изменение периода квантования на показатели качества переходного процесса ЦАС?

Лабораторная работа № 8

Исследование типовых законов

регулирования и структурных схем их

реализации в аналоговых регуляторах

Цель работы: Исследование типовых законов регулирования, структурных схем аналоговых регуляторов и определение их оптимальных параметров с помощью эвм. Теоретическая часть

Промышленные автоматические системы регулирования (АСР), как правило, строятся по структурной схеме, приведенной на рис. 1 [12, 13].

Рис. 1. Структурная схема автоматической системы регулирования:

g – входное (задающее) воздействие; ε – отклонение регулируемой величины; x – регулируемая величина объекта регулирования (ОР); μ – управляющее воздействие; W_р(p) – передаточная функция регулятора; W_ор(p) – передаточная функция ОР

Автоматический регулятор – это средство автоматизации, получающее, усиливающее и преобразующее сигнал отклонения регулируемой величины и целенаправленно воздействующее на объект регулирования. Он обеспечивает поддержание заданного значения регулируемой величины или изменение ее значения по заданному закону.

В промышленных автоматических регуляторах преимущественно используются следующие законы регулирования: пропорциональный (П), пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД), а также нелинейные, например, релейные.

Регуляторы, реализующие перечисленные выше законы регулирования, имеют соответствующие названия.

Передаточная функция П-регулятора:

П-регулятор имеет один параметр настройки – коэффициент передачи k_р. Изменяя его значение, можно обеспечить требуемое качество работы АСР.

С уменьшением k_р увеличиваются запасы устойчивости, но увеличивается ошибка АСР. Чрезмерное уменьшение k_р может также привести к недопустимому увеличению времени переходного процесса. С увеличением k_р повышается точность АСР, однако уменьшаются запасы устойчивости, вследствие чего повышается склонность АСР к колебательным переходным процессам. С учетом этого для системы с П-регулятором имеется определенное значение k_р, которое и следует выбрать при настройке системы.

Недостатком АСР с П-регулятором является неустранимая статическая ошибка от возмущающего воздействия.

Этот недостаток отсутствует в АСР, имеющих ПИ-регулятор. Передаточная функция ПИ-регулятора:

или .

Структурные схемы реализации ПИ-регулятора приведены на рис. 2.

Постоянную времени T_из называют постоянной времени изодрома.

ПИ-регулятор имеет два параметра настройки: коэффициент передачи k_р и постоянную времени T_и.

Для повышения быстроты отработки произвольно изменяющихся входных воздействий в АСР используются ПИД-регуляторы.

μ

а б

Рис. 2. Структурные схемы ПИ-регуляторов:

а – ; б –

Передаточная функция идеального ПИД-регулятора:

или .

Постоянная времени T_пв называется постоянной времени предварения.

Реализация операции дифференцирования в чистом виде неосуществима. В связи с этим в промышленных регуляторах используются дифференциаторы, имеющие передаточную функцию . Структурные схемы ПИД-регуляторов приведены на рис. 3.

При реализации реальных автоматических регуляторов не всегда удается обеспечить тот или иной желаемый закон регулирования. Это объясняется прежде всего инерционностью исполнительных механизмов.

Реальный промышленный аналоговый регулятор представляет собой последовательное соединение усилительного звена с передаточной функцией и исполнительного устройства, например, электромеханического исполнительного механизма (ИМ) с передаточной функцией .

а б

Рис. 3. Структурные схемы ПИД-регуляторов:

а – ; б –

Для получения П-закона регулирования усилитель и исполнительный механизм охватываются отрицательной обратной связью (см. рис. 4). Передаточная функция регулятора , где – постоянная времени балластного апериодического звена. Для уменьшения влияния T_б необходимо увеличивать k_у.

Параметром настройки регулятора является коэффициент передачи k_ос.

И-регулятор может быть реализован по структурной схеме, приведенной на рис. 5.

μ

Рис. 5. Структурная схема промышленного аналогового ПИ-регулятора

Передаточная функция регулятора по рис. 5:

.

ПИД-регулятор реализуется по структурной схеме, приведенной на рис. 6.

Рис. 6. Структурная схема промышленного аналогового ПИД-регулятора

Передаточная функция регулятора:

.