Методические указания по выполнению курсовых проектов и лабораторных работ для специальностей фтф составили (стр. 1 из 3)
Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации
Томский политехнический университет
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФТФ,
проф., д-р физ.-мат. наук
______________ В.И. Бойко
"___"_________1999г.
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ЗВЕНЬЕВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Методические указания по выполнению курсовых проектов и лабораторных работ для специальностей ФТФ
Составили:
доцент кафедры ЭАФУ
Дядик В.Ф.
доцент кафедры ЭАФУ
Ливенцов С.Н.,
старший преподаватель
кафедры ЭАФУ Лысенок А.А.
Томск 1999
УДК
Идентификация динамических звеньев систем автоматического регулирования: Методические указания по выполнению курсовых проектов и лабораторных работ для специальностей ФТФ.- Томск: Изд. ТПУ, 1999.- 18 с.
Составители: доцент, канд. техн. наук Дядик В.Ф.
доцент, канд. техн. наук Ливенцов С.Н.
старший преподаватель Лысенок А.А.
Рецензент доцент, канд. техн. наук Онищук А.Н.
Методические указания рассмотрены и рекомендованы
к изданию методическим семинаром кафедры ЭАФУ
"___"___________ 1999г.
Зав. кафедрой
доцент, канд. техн. наук ______________ В.Ф.Дядик
Зарегистрировано в редакционно-издательском отделе ТПУ
№______ от _________________
Одобрено методической комиссией ФТФ.
Предс. метод. комиссии,
доцент, канд. техн. наук _________________________ В.Д.Каратаев
"____"_______________1999г.
Содержание
Введение................................................................................................... 4
1. Идентификация объекта управления.............................................. 5
1.1. Типовые модели объектов управления.................................... 5
1.2. Определение характеристик объекта управления................... 6
1.3. Пример определения характеристик технологического
объекта управления по экспериментальной переходной
функции (кривой разгона)........................................................ 9
2. Идентификация регулятора........................................................... 12
2.1. Определение параметров настройки П-регулятора.............. 12
2.2. Определение параметров настройки ПИ-регулятора........... 12
2.3. Определение параметров настройки ПИД-регулятора......... 14
2.4. Особенности кривых разгона цифровых регуляторов......... 15
Заключение............................................................................................ 16
Литература............................................................................................. 17
Настоящие методические указания содержат методику идентификации статических и астатических звеньев полунатурных моделей систем автоматического регулирования. В методике используются экспериментально полученные кривые разгона исследуемых звеньев. Объектом управления в этих САР является апериодическое звено до второго порядка с запаздыванием, а в качестве регуляторов используются стандартные регулирующие блоки систем "Каскад", АКЭСР или ремиконт Р-130. Данная аппаратура позволяет реализовывать П-, ПИ-, ПИД- законы регулирования. Поэтому настоящая методика предназначена для определения параметров следующих динамических звеньев:
· апериодического звена до второго порядка с запаздыванием;
· пропорционального звена;
· изодромного звена;
· пропорционально-интегрально-дифференциального звена.
Эти указания предназначены для использования студентами специальностей 200.600, 250.900, 251.700 при выполнении лабораторных работ и курсовых проектов по следующим курсам:
· "Теория автоматического управления";
· "Средства автоматизации и приборы контроля химических производств отрасли";
· "Автоматика, автоматизация и автоматизированные системы управления технологическими процессами";
· "Электрические элементы систем автоматического управления".
Для использования указаний необходимо знание основ теории автоматического регулирования: аппарата передаточных функций, временных характеристик элементарных звеньев, типовых структурных схем регуляторов.
1. Идентификация объекта управления
Для обеспечения устойчивой работы САР с удовлетворительными показателями качества управления требуется рассчитать оптимальные значения параметров регулирующего устройства. Для этого, в первую очередь, необходимо определить статические и динамические характеристики объекта управления. /1/
1.1. Типовые модели объектов управления
В общем виде объект управления рассматривается как звено, имеющее выходную координату y(t), которая является управляемой переменной, и входную переменную x(t), которая является управляющим воздействием. Математической моделью объекта является выражение, определяющее зависимость между выходной и входной переменными:
y(t)=F[x(t)];
иначе модель объекта может быть представлена его передаточной функцией /2/:
,где s – оператор Лапласа;
X(s) – изображение входной переменной в операторной форме;
Y(s) – изображение выходной координаты в операторной форме.
На практике объект управления обычно аппроксимируется звеном с передаточной функцией не выше 2-го порядка с запаздыванием /3/.
Типовые уравнения, описывающие объект управления с самовыравниванием, могут быть представлены в виде дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами /1,3/.
Для объекта 1-го порядка с запаздыванием:
(1.1)где T0 – постоянная времени;
t0 – время запаздывания;
k0 – коэффициент передачи объекта по каналу управления.
Для объекта 2-го порядка с разными постоянными времени:
(1.2)где T01 и T02 – постоянные времени.
Для объекта 2-го порядка с одинаковыми постоянными времени:
(1.3)Передаточные функции, соответствующие уравнениям (1.1)¸(1.3) имеют вид:
; (1.4) 
; (1.5) 
(1.6)Поскольку объект в диапазоне отклонений выходной и входной переменных от их программных значений рассматривается как линейный, его статическая характеристика задается коэффициентом передачи k0, а параметрами динамических характеристик объекта являются значения постоянных времени T0, T01, T02 и времени запаздывания t0 /1/. При отсутствии запаздывания в выражениях (1.1)¸(1.6) t0=0.
1.2. Определение характеристик объекта управления
Наиболее распространенным и эффективным способом определения статических и динамических характеристик объекта является исследование реакции объекта управления на скачкообразное изменение входной переменной. /3/
Пример реакции объекта управления на скачкообразное изменение входной переменной приведен на рис.1.1.
Как правило, реальный объект описывается уравнением достаточно высокого порядка, но относительно больших (доминирующих) постоянных времени – одна или две. Поэтому, получив реакцию объекта на скачок управляющего воздействия, можно аппроксимировать полученную кривую переходного процесса уравнением 1-го или 2-го порядка с запаздыванием и определить его коэффициенты.
Порядок определения параметров динамических характеристик объекта управления по экспериментальным переходным функциям.
1. Задается скачок управляющего воздействия на входе объекта управления с фиксацией начального значения x(t0) и конечного значения x(¥). Скачок подается в момент, когда объект находится в стационарном состоянии. Величина скачка подбирается экспериментально таким образом, чтобы реакция на него выходной переменной составляла 80¸90% шкалы регистрирующего прибора, но не выходила из его диапазона измерения.
2. Регистрируется реакция объекта y(t) на скачок Dx=x(¥)-x(t0). При этом необходимо зафиксировать момент подачи скачка Dx на диаграммной ленте самопишущего прибора. Переходный процесс регистрируется в виде графика на диаграммной ленте прибора с известной скоростью протяжки ленты. Размер получившегося графика должен быть таким, чтобы обеспечивалась приемлемая погрешность (2¸3%) измерений отрезков на нем с помощью обычной ученической линейки. Обычно для этого достаточно длины графика 300¸500 мм. Процесс регистрируется до достижения установившегося режима.
3. Определяется "чистое" запаздывание t0 из условия, что при (t-t0)£t y(t) @y(t0).
4.
 |
Определяется коэффициент передачи объекта k0 по значениям входной и выходной переменных в установившихся режимах:
(1.7)5. Определяется значение времени t7, при котором y(t)=y7=0,7k0.Dx+y(t0), а затем определяют Q7=t7-t0-t.
6. Находится значение y(t)=y2 в момент времени t2=t0+t+Q7/3 и определяется значение
. Если 
>0,33, то объект управления аппроксимируется уравнением 1-го порядка (1.1) и дальнейший порядок определения характеристик изложен в п.7. Если 0,19< £0,33, то объект аппроксимируется уравнением 2-го порядка с разными постоянными времени (1.2) и порядок определения характеристик изложен в п.8. Если £0,19, то объект аппроксимируется уравнением 2-го порядка с одинаковыми постоянными времени и порядок определения характеристик изложен в п.9.