Синтез систем автоматического регулирования: Методические указания к выполнению курсовой работы, страница 7

6. Техническое задание на проектирование

Цель проектирования. В предложенных для проектирования системах управления (п.п.1-5) заданны параметры неизменной части системы, состоящие из объекта управления и измерительных устройств. Целью проектирования является нахождение уравнений и параметров регулятора (изменяемой части) так, чтобы замкнутая система была асимптотически устойчивой и удовлетворились требования к качеству регулирования.

Показатели качества. Качество регулирования оценивается показателем статической или динамической (следящая система ) точности (), быстродействием () , и одним из частотных показателей качества (M либо R) , выражающим запасы устойчивости системы. При этом заданные в исходных данных параметры  определяют предельно-допус-тимые значения соответствующего показателя, а значение  определяет желаемое время регулирования (быстродействие).

Особые условия. Закон управления (регулятор) должен быть определен в двух видах – в аналоговой форме (непрерывный регулятор) и в виде алгоритма работы БЦВМ (цифровой регулятор), включенной в контур регулирования с помощью ЦАП и АЦП. В обоих случаях регулятор должен принадлежать к классу физически реализуемых и устойчивых динамических систем .

При нахождении дискретного регулятора следует считать, что ЦАП и АЦП работают синхронно с периодом дискретности h = 0.1сек. (для всех вариантов), и выдача рассчитанного после съема информации управления произойдет с запаздыванием на один такт.

Реализация регулятора. После определения модели непрерывного регулятора необходимо составить принципиальную схему для его реализации с использованием аналоговых средств микроэлектроники. При этом вопросы электрического согласования регулятора с измерительными и исполнительными устройствами системы управления предметом данного задания не являются.

Реализация дискретного закона управления на БЦВМ производится программными средствами, поэтому в рамках данного задания следует ограничиться представлением алгоритма работы БЦВМ с помощью разностных уравнений в форме Коши или вход – выход.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

Предложенные в предыдущем разделе задания по своему содержанию близки к реальным инженерным разработкам автоматических систем подобного рода. Поэтому с момента получения задания отношения между преподавателем и студентом можно рассматривать как отношения между заказчиком и исполнителем некоторой научно – исследовательской работы, содержание которой определяется исходными данными и техническим заданием на проектирование.

В соответствии с таким подходом вся работа разбивается на несколько этапов, определяется содержание этих этапов и сроки их выполнения (календарный план). Что касается данной курсовой работы, то предложенное здесь техническое задание естественным образом предполагает проведение исследований (выполнение работы) в следующей последовательности:

– составление и анализ математической модели объекта управления и структурной схемы системы;

– исследование возможности решения задачи с помощью простейшего (статического) регулятора;

– синтез и реализация непрерывного закона управления, удовлетворяющего требованиям технического задания;

– анализ замкнутой системы управления с непрерывным регулятором;

– синтез и анализ системы управления с цифровым регулятором.

Каждый из этих этапов представляет собой логически завершенный раздел курсовой работы. В этом смысле перечисленные тематические разделы могут служить этапами календарного плана и составляют обязательное содержание пояснительной записки – отчета о проделанной НИР.

С другой стороны, методы решения конкретных задач, составляющих содержание этапов данной работы, не устанавливаются, а являются предметом самостоятельного выбора исполнителем. В связи с этим, приводимые ниже указания к выполнению разделов курсовой работы носят, как правило, рекомендательный характер.

1. Составление и анализ математической модели объекта управления и структурной схемы системы.

Составление математической модели объекта управления основывается на описании ее принципа действия, на функциональной или принципиальной схеме этой системы, а также на физических, механических и других законах, присущих данному объекту или системе управления.

В вариантах 1, 2 и 4 систем управлений, описания которых даны в предыдущем разделе, для получения математической модели используются, в основном, электротехнические законы Кирхгофа, а также 2-й закон Ньютона для вращающихся тел (ротор двигателя). Для вариантов 3 и 5 составление математической модели объекта управления требует применения более сложных законов аэродинамики летательных аппаратов. Поэтому при описании принципа действия этих систем приведены основные уравнения движения рассматриваемых объектов.

Отметим, что при составлении математической модели объекта управления в виде дифференциальных уравнений необходимо использовать одну из общепринятых форм описания динамических систем - форму Коши или форму «вход-выход». При этом в качестве базового целесообразно принять описание в форме Коши, что позволит, используя тройку матриц этой модели, достаточно просто провести анализ управляемости и наблюдаемости объекта управления. Такой анализ необходим для ответа на принципиальный вопрос о возможности или невозможности синтеза закона управления, обеспечивающего устойчивость замкнутой системы.

На данном этапе выполнения курсовой работы в процессе составления и анализа математической модели системы управления необходимо уяснить в целом задачу регулирования, сформулированную в техническом задании. Для этого надо выделить регулируемую переменную (т.е. ту физическую переменную, на которую накладываются требования по точности и быстродействию) и измеряемые переменные (сигналы датчиков), определить главную и вспомогательные обратные связи, уяснить возможные подходы к решению задачи (с помощью статистического или динамического регулятора).