Разработка систем автоматического регулирования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего   профессионального образования

«Тюменский государственный  нефтегазовый университет»

Институт  промышленных технологий и инжиниринга

Курсовая работа

по дисциплине: "Автоматическое управление"

Тема: Разработка систем автоматического регулирования                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Выполнила:  Тетерина Д.М.

                                                                             Проверил: Татарченко С.В.   

2012 г.

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего   профессионального образования

«Тюменский государственный  нефтегазовый университет»

Институт  промышленных технологий и инжиниринга

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВУЮ РАБОТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ»

 

Студентка Тетерина Дарья Михайловна      группа_АТПт-09-9-1

           Тема курсовой работы_Разработка систем автоматического регулирования

1.   Исходные данные для выполнения

 

 

 

1. Структурная схема (объект регулирования - ОР; датчик - Д; регулятор - Р; 
исполнительный механизм - ИМ)

   2. Статические характеристики объекта регулирования: 
а) У=N±Х; б) У=Х/N; в) Т= заданное значение

   3. Передаточная функция для 2-х объектов регулирования

W_о.р(р)=

                               4. Номер варианта 21; знак обратной связи + ; N=10

 

                     5. Справочные данные элементов системы (регуляторов, датчиков, исполнительных механизмов, смотри в "Приложении")

 

 

 

 

 

 

2.   Содержание пояснительной записки

№ п/п	Наименование раздела	Срок выполнения
1	Построить статистические характеристики устройств управления.
2	Определить графическим методом  общую статическую характеристику обратной цепи - ДРИМ.
3	Построить статические характеристики объекта регулирования и системы управления.
4	Определить на графиках рабочую точку  и угол между статическими характеристиками.
5	Рассчитать динамический коэффициент  регулирования Д = АХ и определить
6	Определить аналитическое выражение  регулирующей системы - ДРИМ.
7	По аналитическому выражению построить  график статической характеристики - ДРИМ.
8	Найти аналитическим способом рабочую  точку пересечения статических характеристик ДРИМ и объекта.
9	Выбрать передаточные функции элементов  системы.
10	Определить передаточную функцию  системы.
11	Найти временную функцию переходного  процесса.
12	Определить основные параметры переходного  процесса.
13	Определить два коэффициента качества системы регулирования.
14	Построить частотные характеристики устройств: объекта регулирования, датчика, регулятора, исполнительного  механизма, ДРИМ, всей системы.
15	Определи гь параметры устойчивости системы.
16	Построить годограф.

3.   Приложения

 

№ п/п	Наименование листов	Формат листа	Срок выполнения
1	Структурная схема управления	А4
2	Графики, характеристики	А4
-> л	Расчётно-пояснительная записка в соответствии ЕСКД	А4

Примечание: перечень рассматриваемых  вопросов и объемов графической  части может дополняться и  уточняться по согласованию с руководителем  курсовой работы.

Задание получила                 «_____»___________________20__г._____________________

Сроки представления законченной  курсовой работы_____________________________

«_____»_____________________20__г.

Введение

Современная теория автоматического  регулирования является основной частью теории управления. Система автоматического  регулирования состоит из регулируемого  объекта и элементов управления, которые воздействуют на объект при  изменении одной или нескольких регулируемых переменных. Под влиянием входных сигналов (управления или  возмущения), изменяются регулируемые  переменные.  Цель  же  регулирования заключается  в формировании таких законов, при которых выходные регулируемые переменные мало отличались бы от требуемых значений. Решение данной задачи во многих случаях осложняется наличием случайных возмущений (помех). При этом необходимо выбирать такой закон регулирования, при котором сигналы управления проходили бы через систему с малыми искажениями, а сигналы шума практически не пропускались.

Теория автоматического регулирования  прошла значительный путь своего развития. На начальном этапе были созданы  методы анализа устойчивости, качества и точности регулирования непрерывных  линейных систем. Затем получили развитие методы анализа дискретных и дискретно-непрерывных  систем. Можно отметить, что способы  расчета непрерывных систем базируются на частотных методах, а расчета  дискретных и дискретно-непрерывных  — на методах z-преобразования.

В настоящее время развиваются  методы анализа нелинейных систем автоматического  регулирования. Нарушение принципа суперпозиции в нелинейных системах, наличие целого ряда чередующихся (в зависимости от воздействия) режимов устойчивого, неустойчивого движений и автоколебаний затрудняют их анализ. Еще с большими трудностями встречается проектировщик при расчете экстремальных и самонастраивающихся систем регулирования.

Как теория автоматического регулирования, так и теория управления входят в  науку под общим названием  «техническая кибернетика», которая  в настоящее время получила значительное развитие. Техническая кибернетика  изучает общие закономерности сложных  динамических систем управления технологическими и производственными процессами. Техническая кибернетика, автоматическое управление и автоматическое регулирование  развиваются по двум основным направлениям: первое связано с постоянным прогрессом и совершенствованием конструкции  элементов и технологии их изготовления; второе — с наиболее рациональным использованием этих элементов или  их групп, что составляет задачу проектирования систем.

Проектирование систем автоматического  регулирования можно вести двумя  путями: методом анализа, когда при  заранее выбранной структуре  системы (расчетным путем или  моделированием) определяют ее параметры; методом синтеза, когда по требованиям, к системе сразу же выбирают наилучшую  ее структуру и параметры. Оба  эти способа получили широкое  практическое применение.

 

Формирование систем автоматического  регулирования, как правило, выполняют  на основе аналитических методов  анализа или синтеза. На этом этапе  проектирования систем регулирования  на основе принятые допущений составляют математическую модель системы и  выбирают предварительную ее структуру. В зависимости от типа модели (линейная или нелинейная) выбирают метод расчета  для определения параметров, обеспечивающих заданные показатели устойчивости, точности и качества. После этого уточняют математическую модель и с использованием средств математического моделирования  определяют динамические процессы в  системе. При действии различных  входных сигналов снимают частотные  характеристики и сравнивают с расчетными. Затем окончательно устанавливают запасы устойчивости системы по фазе и модулю и находят основные показатели качества.

Далее, задавая на модель типовые  управляющие воздействия; снимают  характеристики точности. На основании  математического моделирования  составляют технические требования на аппаратуру системы. Из изготовленной  аппаратуры собирают регулятор и  передают его на полунатурное моделирование, при котором объект регулирования  набирают в виде математической модели.

По полученным в результате полунатурного  моделирования характеристикам принимают решение о пригодности работы регулятора с реальным объектом регулирования. Окончательный выбор параметров регулятора и его настройка выполняют в натурных условиях при опытной отработке системы регулирования.

Развитие теории автоматического  регулирования на основе уравнений  состояния и z-преобразований, принципа максимума и метода динамического  программирования   совершенствует   методику   проектирования   систем регулирования и позволяет создавать высокоэффективные автоматические системы для самых различных отраслей народного хозяйства. Полученные таким образом системы автоматического регулирования обеспечивают высокое качество выпускаемой продукции, снижают ее себестоимость и увеличивают производительность труда.

Цель проекта

Закрепление знаний по курсу  «автоматическое управление» и  приобретение навыков по расчету  основных элементов системы. Создаваемая  система должна состоять из объекта  управления, датчика, регулятора и исполнительного  механизма. Элементы системы заданны  статическими и передаточными функциями. Из предложенного набора датчиков, регуляторов, и исполнительных механизмов необходимо выбрать те, которые смогут обеспечить стабильную рабочую точку  системы в статическом режиме. Для обеспечения работы системы  в динамическом режиме необходимо выбрать  такое дополнительное корректирующее звено, чтобы оно обеспечивало основные параметры переходного процесса в следующих пределах:

- перерегулирование - 20%

- затухание – 0,5%

- колебательность - 2…3 периода

 

1. Построение статической характеристики устройств управления.

 

Для определения статистической характеристики в цепи обратной связи  выбираются статистические характеристики объекта регулирования, датчика, регулятора, исполнительного механизма.

 

Статическая характеристика объекта регулирования:

Регулирование — устройство или динамический процесс, управление поведением которого являются целью создания САУ.

Объект регулирования  является основной составной частью автоматической системы, определяющей ее характер. Некоторые свойства объектов благоприятствуют качественному процессу регулирования, другие вредят, поэтому  определение характеристик и  свойств объектов регулирования  является одной из важнейших задач.

 

У_о= Х_о/N

У_о=Х_о/10

Уо	0	0,3	0,5
Хо	0	3	5

 

 

 

Статическая характеристика датчика:

Датчиком называется часть измерительной или управляющей системы, представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающую естественно закодированную информацию от этого объекта.

Датчики являются элементом  технических систем, предназначенных  для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.

У_д= – X_д

У_д =

Уд	3,1	2,1	1,1	0,1
Xд	0	1	2	3

 

 

Статическая характеристика регулятора:

Регулятор — устройство, которое следит за работой объекта управления как системы и вырабатывает для неё управляющие сигналы. Регуляторы следят за изменением некоторых параметров объекта управления (непосредственно, либо с помощью наблюдателей) и реагируют на их изменение с помощью некоторых алгоритмов управления в соответствии с заданным качеством управления.

Регуляторы в подавляющем большинстве  работают по принципу отрицательной  обратной связи с целью компенсировать внешние возмущения, действующие  на объект управления и отработать заданный извне или заложенный в  системе закон управления. Примером может служить регулятор скорости двигателя. Реже используется прямая связь. Критерии оценки качества регулирования: скорость регулирования (время уменьшения ошибки регулирования до заданной величины); точность, как установившаяся ошибка и как величина перерегулирования; запас устойчивости и отсутствие колебаний, в т.ч. затухающих.

 

У_р=X_р 

У_р= X_р

У_р= X_р

У_р= X_р

У_р =2,02 X_р

 

Ур	0	2,02	4,04
Xр	0	1	2