Реферат: Проектирование линейных стационарных САУ с микропроцессорными регуляторами

Введение

Цель курсовой работы получить навыки расчета линейных стационарных САУ с микропроцессорными регуляторами.

В первой половине работы применить метод расчета последовательного корректирующего устройства, основанного на использовании логарифмических частотных характеристик, а также исследовать динамику САУ моделированием ее на ПЭВМ в системе ''MATLAB~ Simulink.

Во второй половине работы на основании полученной передаточной функции корректирующего устройства рассчитывается дискретная передаточная функции регулятора. Далее производится исследование динамики уже дискретной системы.

В связи с использованием в контуре управления Микропроцессорного регулятора, помимо обычных требований по обеспечению устойчивости, точности и качества проектируемой САУ, учитываются требования к шагам квантования сигналов по уровню и по времени. Частоты квантования по уровню и времени выбираются так, что система приближенно может рассматриваться как линейная непрерывная САУ. Это позволяет использовать для расчета закона управления простой и эффективный аппарат логарифмических частотных характеристик. Затем закон управления представляется в дискретной форме для получения переходного процесса уже в дискретной системе.

В качестве критерия правильности расчета можно поставить идентичность переходных процессов в линейной и микропроцессорной системе, выбирая соответствующий период квантования по времени.

1. Неизменяемая часть системы

Проектирование САУ всегда начинается с анализа объекта, формулировки задачи функционирования проектируемой системы, выбора критерия качества системы или задания требований к системе.

Будем считать, что этап анализа объекта, получения уравнений объекта и их линеаризация, выбор исполнительного механизма и датчиков уже решен, Полученные данные будут составлять так называемую неизменяемую часть системы.

Получим, что передаточная функция такой неизменяемой части системы имеет вид

/>

2. Структурная схема САУ с микропроцессорнымрегулятором

Поскольку микропроцессорный регулятор построен на базе Микро-ЭВМ и может обрабатывать сигналы только дискретной формы" а сигнал на выходе объекта Uxи регулирующий сигнал Ur— непрерывны, то необходимо использовать преобразователи сигналов. АЦП — аналогово-цифровой преобразователь осуществляет кодирование непрерывного сигнала Uxдискретным сигналом 1х- ЦАП -цифро-аналоговый преобразователь преобразовывает дискретный сигнал регулирования 1гв непрерывный Ur. В процессе аналого-цифрового преобразования осуществляется квантование сигнала по времени и по уровню и это оказывает серьёзное влияние на динамические процессы в САР.

/>

Рис. 2

На рис. 2 представлена в общем виде структурная схема САР с микропроцессорным регулятором и форма используемых в такой системе сигналов [1]. Непрерывный сигнал Ux(t) с выхода объекта поступает сначала в АЦП, где производится квантование сигнала по времени с постоянным шагом То в моменты t— 0, То, 2То,…, кТо.

В результате этого будет получен дискретный сигнал u*x(k)<. д^^ производится квантование сигнала по уровню путёмокругления Ух Д° ближайшего стандартного значения Полученный при этом сигнал 1гпредставляет собой последовательность цифровых двоичных кодов, которые в дискретные моменты времени передаются в процессор и Микро-ЭВМ вырабатывает дискретный сигнал ошибки на основе которого в каждый тактовый момент времени 0' Т 2Т,… кТо вычисляется в соответствии с выбранным законом регулирования регулирующий сигнал Щ),Тх в процессе вычисления регулирующего воздействиямогут использоваться операции умножения или другиеарифметические операции, приводящие к переполнениюразрядной сетки Микро-ЭВМ, полученный сигнал вновьподвергается округлению, а затем в дискретные моментывремени выдаётся в ЦАП. Если число разрядовмикропроцессора и ЦАП не совпадают, в ЦАП вновьпроизводится округление. На выходе ЦАП имеетсяэкстраполятор, который превращает цифровой код ваналоговый кусочно линейный сигнал. В Микро-ЭВМ чащевсего используются экстраполяторы нулевого порядка,которые носят название фиксаторов и превращают цифровойкод в аналоговый ступенчатый сигнал. Этот сигналвоздействует на исполнительный механизм, осуществляяпроцесс регулирования. В приведённой на рис.2 схеме САР задающей сигнал Igимеет цифровую форму.

Такой сигнал может быть получен от специального цифрового датчика или другой Микро-ЭВМ.

Функциональная схема линейной САУ

/>

1 – датчик входного сигнала

2 — согласующий усилитель

3 — последовательное КУ

4 – исполнительный элемент (двигатель)

5 — управляемый объект

6 – датчик выходного сигнала (температуры)

g– заданное значение температуры

Ux– температура на выходе системы

E– ошибка

U– управляющее воздействие

Функциональная схема МП САУ

/>

Структурная схема линейной САУ

/>

Структурная схема МП САУ

/>

В рассматриваемой системе регулирования температуры технологического процесса учтем исходные данные, характеризующие неизменяемую часть системы.

Кроме этого к системе предъявляются следующие требования:

максимальное перерегулирование σ= 30 %;

максимальное время регулирования: t= 55 сек;

запас устойчивости по фазе Δφ (Град) должен лежать в пределах 35° — 65° в соответствии с диапазоном изменения σ % от 40% до 20% в исходных данных

Коэффициенты ошибок Do= 0 D= 0,058

В нашем случае передаточная функция неизменной части системы имеет вид:

/>

Для построения ЛЧХ на оси частот выбираем точку />1/с и проводим асимптоту с наклоном -20 дБ/дек

Построение необходимо проводить в соответствии с выражением ЛЧХ

--PAGE_BREAK--

/>

Фазочастотную характеристику строим по формуле:

/>

/> />

0.1

0.2

0.5

0.8

1

/>

-135,57

-154,3

171,56

176,5

180

В рассматриваемой РГР σ= 30 % и t= 55 сек.

Из таблицы находим B= 11,3; Wср=0,2 1/с

Найдем

/>0.2

L1=15 дБ

/>

Синтез линейной САУ

/>

/>

Определим передаточную функцию желаемого регулятора

/>

Определим передаточную функцию корректирующего устройства

/>

Передаточная функция замкнутой системы имеет вид:

/>

Получим переходный процесс в системе моделированием её на ЭВМ.

Переходный процесс в линейной САУ

/>

/>

Определение дискретной передаточной функции корректирующего звена.

/>

/>

При T0 = 0.35

/>

При T0 = 0.25

/>

При T0= 0.1

/>

Для моделирования САУ в пакете «ДИСПАС» соответствующее уравнение имеет вид:

/>

Переходный процесс в дискретной САУ при шаге квантования

Т=0.35

Схема моделирования при Т0=0.35

/>

/>

Переходный процесс в дискретной САУ при шаге квантования

Т=0.25

Схема моделирования при Т0=0.25

/>

/>

Переходный процесс в дискретной САУ при шаге квантования

Т=0.1

Схема моделирования при Т0=0.1

/>

/>

Выводы

В результате проделанной работы было выяснено, что независимо от того, каким способом анализировать результаты разработки САУ с микропроцессорным регулятором, в результате анализа необходимо получить график переходного процесса.

Вывели дискретную передаточную функцию регулятора, для того чтобы исследовать динамику САУ с микропроцессорным регулятором, так же выбрали шаг квантования Т0. Для исследования системы и решения задачи можно использовать пакет "MATLAB" и др. По полученному графику убедились в устойчивости системы. Убедились, что процессы в линейной и дискретной САУ идентичны, следовательно расчеты произведены верно и задачу можно считать выполненой.