Компенсация инерционности САУ. Методы повышения качества САУ с помощью программы МВТУ

Лабораторная работа № 3.

КОМПЕНСАЦИЯ ИНЕРЦИОННОСТИ САУ

Цель работы: научиться строить различные виды обратной связи; освоить методов повышение качества САУ с помощью программы МВТУ.

1.  Охват жесткой обратной связью (ОС).

Жесткой называется такая ОС, когда весь выходной сигнал возвращается на вход и вычитается из входного сигнала.

В качестве исследуемого объекта в работе используется инерционное звено с передаточной функцией вида:

Обратная связь вводится с помощью сумматора Операции-->Сумматор . К одному из  входов сумматора подключается генератор ступенчатого воздействия.

К другому входу  подключается сигнал отрицательной ОС. Чтобы в сумматоре происходило вычитание нужно в свойствах сумматора Весовые множители для каждого и входов написать равными 1 -1.   К выходу сумматора подключается инерционное звено Динамические-->W=K/[TS+1]

На выход инерционного звена подключить осциллограф.

Рисунок 1 – Схема охвата жесткой обратной связью

Кроме того, для сравнения, к другому входу осциллографа подключите такое же инерционное звено, но без обратной связи.

Такое же звено дополнительно подключать во всех дальнейших экспериментах.

Содержание эксперимента.

1.1. Определить без ОС и с включенной ОС коэффициент передачи звена  и время , в течение которого выходной сигнал нарастает до 0,95 от установившегося значения.

Результаты оформить в виде таблицы:

Сделать вывод о влиянии жесткой ОС на свойства инерционного объекта.

1.2. Для восстановления коэффициента передачи, уменьшившегося после включения ОС, последовательно со звеном, охваченным ОС изменить коэффициент передачи. Определить  и  в этом случае.

2.  Охват инерционной ОС.

Лучшие параметры САУ можно получить, если жесткую ОС заменить инерционной ОС. Для этого используется схема п. 1.2., но имеющуюся обратную связь необходимо разомкнуть и в разрыв включить такой же блок передаточных функций для создания инерционной ОС. Параметры этого блока должны быть такими, чтобы он моделировал такое же инерционное звено, как и исследуемое звено в п.1.1. Тогда его передаточная функция будет иметь вид:

.

Содержание эксперимента.

2.1. Определить величину  и перерегулирование .

Чем объяснить существенное повышение быстродействия и появление перерегулирования при использовании инерционной ОС по сравнению с жесткой ОС?

2.2.Изменить Т так, чтобы перерегулирование отсутствовало, а  было минимально возможным.

Результаты оформить в виде таблицы:

3.  Последовательное включение корректирующего звена.

Для коррекции последовательно с  некорректированным инерционным звеном с передаточной функцией  включается корректирующее звено с передаточной функцией

,  (1)

Тогда результирующая передаточная функция:

Постоянная времени корректирующего звена  выбирается из условия T_корр<T, тогда инерционность системы  уменьшается. Реализовать корректирующее звено без потери усиления можно следующей схемой с ОС:

Для ее построения используется безинерционное звено с коэффициентом передачи К=а и инерционное звено. Передаточная функция такого корректирующего звена:

  , иначе:

 ,  (2)

Сравнивая (а) и (b) можно определить, что для полной коррекции необходимо выполнение условия , или а=, тогда . Поэтому необходимый коэффициент усиления безынерционного звена:

, (3)

Задавая величину  можно определить коэффициент усиления инерционного блока:

, (4)

Содержание эксперимента.

3.1. Собрать схему, содержащую инерционное звено, использовавшееся в предыдущих экспериментах.

Сначала определить  и  без корректирующего звена.

3.2. Затем соединить последовательно с ним корректирующее звено. Уменьшить инерционность системы в  2 раза путем соответствующего выбора коэффициентов a и b. Определить быстродействие системы и ее общий коэффициент передачи. Результаты работы оформить в виде таблицы:

3.3. Поменять местами корректируемое и корректирующее звено и повторить измерения п.3.2. На другой канал осциллографа подать сигнал после корректирующего звена. Объяснить как физически происходит коррекция в обоих вариантах включения корректирующего звена.

4 Применение PID регулятора

На рис.1 показана коррекция САУ (инерционного звена) с помощью последовательно c ним включенного PID регулятора. Он представляет собой параллельно соединенные пропорциональное звено (Р), интегратор (I) и дифференциатор (D) с регулируемыми коэффициентами передачи. PID регулятор может быть включен как после корректируемого звена, так и перед ним.

Рисунок 2 – Коррекция САУ с помощью последовательно включенного PID регулятора

4.1. Открыть схему ЛР3_Схема_7_PID-регулятор.mrj в папке Лабораторные работы

4.2 Соберите схему следящей САР с обратной связью. Установите коэффициенты PID регулятора K_п=1, К_и=0, К_д=0. При таких значениях коэффициентов PID регулятор не оказывает влияния на свойства системы.

4.3 Исследуйте влияние изменения каждого коэффициента в отдельности на погрешность и взаимодействие. Затем, изменяя все три коэффициента, найдите их оптимальные значения, при которых возможно  большее быстродействие и меньшая погрешность.

5.Уменьшение статической погрешности следящей системы.

На рис.32 представлена система стабилизации выходного сигнала САУ.

Рисунок 3 - Система стабилизации выходного сигнала САУ

На выходе объекта управления (точка Контроль) должно быть получено значение y ,совпадающее с величиной y0 сигнала   установка. Если эти значения не равны ,то возникает сигнал отрицательной обратной связи, уменьшающий разность y-y0.Однако разность не может уменьшится до нуля, так как тогда сигнал обратной связи обратился бы в нуль .Поэтому сигнал y “следит” за сигналом y0 с некоторой погрешностью. Обратная связь уменьшает также и влияние возмущения.

5.1. Построить график  зависимости ошибки  выходного параметра  от величины возмущения  для глубины ОС 10 и 100 и трех значений установки  в диапазоне 0-40. Построить соответствующие графики  при ОС=const для трех значений .

5.2. Объясните механизм стабилизации.

6. Контрольные вопросы

1) Как влияет изменение коэффициентов PID регулятора на свойства системы?

2) Почему в следящей системе с обратной связью, не содержащей интегратора, нельзя получить погрешность равную нулю?

3) Почему включение интегратора позволяет свести погрешность практически к нулю

7.Содержание отчета

7.1 Модели и результаты измерений п.п. 1.1,1.2,2.1,2.2,3.1,3.2,3.3,4.1,4.3,5.1,5.2.

7.2. Ответы на все поставленные вопросы.