Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Программа'
2. Новая промышленная политика: курс на импортозамещение. Принятие федерального закона – ожидаемые эффекты. Приоритетные отрасли и набор инструментов ...полностью>>
'Документ'
В современных условиях происходит стремительное развитие человеческих ресурсов: работник самосовершенствуется, стремится расширить собственный кругозо...полностью>>
'Документ'
3.Наименование запроса предложений: Право заключения договора на оказание медицинской помощи спортивным врачом и медицинской сестрой при подготовке и ...полностью>>
'Документ'
Рецептов приготовления соленого теста много. Такого, чтобы подходил всем, пожалуй, нет, необходимо самим поэкспериментировать и выбрать тот, с которым...полностью>>

Главная > Учебно-методическое пособие

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОСМОРФЛОТ

ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова»

Судомеханический факультет

Кафедра «Эксплуатация судовых механических установок»

Методические указания, расчеты и примеры выполнения курсовой работы по дисциплине «Основы автоматики и теория управления техническими системами»

Учебно-методическое пособие предназначено для курсантов и студентов, обучающихся по специальности 180403.65 «Эксплуатация судовых энергетических установок»

г. Новороссийск 2010

Содержание курсовой работы:

Введение

  1. Вычисление коэффициентов уравнения динамики объекта по заданной кривой разгона, при изменении заданного значения регулирующего воздействия или нагрузки. Характеристика объекта регулирования согласно принятой классификации.

  2. Функциональный анализ системы автоматического регулирования (САР).

  3. Получение передаточных функций САР:

3.а. Передаточные функции элементов САР.

3.б. Структурная схема САР.

3.в. Преобразование структурной схемы САР и получение передаточных функций разомкнутой и замкнутой САР по заданию и нагрузке.

4. Представление математического описания САР в операторной форме. Переход к дифференциальному уравнению системы (обратное преобразование Лапласа) .

5. Анализ замкнутой САР на устойчивость.

6. Моделирование переходых процессов в среде программного комплекса VISSIM 3.0:

6.а. Создание модели САР, используя передаточные функции элементов САР.

6.б. Выбор параметров настройки регулятора обеспечивающий апериодический переходный процесс.

6.в. Получение зависимости запасов устойчивости (по фазе и амплитуде) от численных значений параметров настройки регулятора.

6.г. Оценка влияния параметров настройки регулятора на показатели качества переходного процесса.

Оформление и защита работы

Список литературы

Приложение 1.

Приложение 2.

Приложение 3.

Введение

Методическое указание по исследованию систем автоматического регулирования (САР) судовых механических установок (СМУ) предназначены для использования при выполнении курсовой работы по дисциплине «Основы автоматики и теория управления техническими системами» (ОА и ТУТС) курсантами 4-го курса судомеханического факультета согласно учебному плану и типовой программе дисциплины.

Целью курсовой работы является углубление и закрепление теоретических знаний автоматики, а также приобретение навыков анализа САР.

Курсовая работа заключается в функциональном анализе заданной системы автоматического регулирования, анализа устойчивости САР при известном законе регулирования и оценка качества переходных процессов. В качестве исходных данных использование уравнений типовых объектом регулирования и уравнения элементов реальных регуляторов.

Исследование САР производится методом линейной теории автоматического регулирования, необходимые сведения из которых можно найти в учебнике.

Исследование устойчивости САР производится с использованием программного пакета VisSim. Запасы устойчивости по фазе и амплитуде определяются не менее чем для трёх значений заданного настроечного параметра регулятора. Это позволяет настроить зависимость показателей устойчивости от величины настроечного параметра и выбрать наиболее подходящее его значение.

Исследование качества переходных процессов в САР производится путём оказания скачкообразного возмущения на объект при выбранных на предыдущем этапе значений настроечных параметров регулятора.

В результате выполнения исследования может быть сделан вывод о качестве САР в заданном диапазоне режимов работы объекта регулирования. Содержание и объем курсовой работы определяются приведённым примером выполнения курсовой работы в приложении.

1. По заданной кривой разгона вычислить коэффициенты уравнения динамики объекта аналитическим и графическим способом, при изменении заданного значения регулирующего воздействия или нагрузки. Дать характеристику объекта регулирования согласно принятой классификации.


В разделе рассмотрено определение динамических характеристик типовых объектов регулирования (ОР), к которым может быть сведено большинство элементов СЭУ. При этом многоемкостные ОР приближенно представляются как последовательное соединение типового объекта и звена запаздывания.

Вид объекта регулирования - агрегата или механизма СЭУ указывается в задании на курсовую работу.

Исходными данными для определения характеристик объекта регулирования служат его разгонные характеристики, которые задаются скачками воздействий и значениями регулируемой величины, измеренными через определенные интервалы времени по компьютерной программе согласно заданию.

Определение характеристик объекта регулирования включает:

  • построение разгонных характеристик;

  • определение типа ОР и выбор уравнения динамики;

  • определение коэффициентов уравнения динамики ОР графическим методом;

  • аналитическим методом; определение коэффициентов уравнения динамики ОР

Далее приводятся уравнения динамики ОР в численных коэффициентах с указанием смысла всех входящих в него переменных величин и коэффициентов.

На основании полученных уравнений дается характеристика объекта согласно принятой классификации.

Каждый из типовых объектов регулирования имеет специфичный для него вид разгонных характеристик, определяющих тип объекта и выбор уравнения динамики.

По разгонным характеристикам можно также найти коэффициенты уравнения динамики ОР. Способы определения коэффициентов показаны формулами построениями на графиках в приложении 1.

В приложении 1 приведены разгонные характеристики при положительных изменениях нагрузки. При этом регулирующее воздействие осуществляется со стороны подвода вещества и энергии к объекту регулирования.

Отрицательные изменения воздействия приведет к изменениям регулируемых величин с противоположными знаками. Однако, приведенные в приложении 1 формулы и построения останутся справедливыми.

Объекты регулирования, в которых регулирующее воздействие на объект производится на стороне отвода вещества или энергии от объекта, а возмущающее воздействие – на стороне отвода, будут иметь противоположные знаки по сравнению с предыдущим видом объекта регулирования.

Уравнение динамики объектов регулирования используют относительные значения регулируемой величины и воздействия, которые определяются через соответствующие размерные величины следующим образом:

, , 

где  - значения регулируемой величины, регулирующего воздействия и нагрузки объекта в соответствующих размерностях.

Индексом «0» здесь обозначены значения величин в соответствующих размерностях на начальном равновесном режиме.

Индексом «н» обозначены значения величин в соответствующих размерностях, принятых за номинальные (обычно на полной нагрузке объекта).

Для устойчивых объектов регулирования значения постоянной времени и времени запаздывания, определенные по разгонным характеристикам безразмерных относительных или в размерных величинах, будут одинаковы.

Для вычисления коэффициентов передачи устойчивых объектов могут быть рассчитаны относительные значения воздействия или установившиеся значения регулируемой величины, как показано выше.

Далее приведены экспериментальные методы расчета и примеры вычисления коэффициентов передаточных функций различных объектов регулирования.

Результаты экспериментов представлены в последовательности значений регулируемой величины  снятых в процессе перевода объекта с одного равновесного состояния в другое через равные промежутки времени ⧍t. (см. задание к курсовой работе)

    1. Графический метод определяет коэффициент объекта регулирования.

В основе метода лежит нанесение на графическое поле в системе координат x и t, измеренных значений регулируемой величины x(t) и вписывание по полученным точкам известной функции.
1.1.1. Графическая аппроксимация объекта регулирования одноемкостным устойчивым объектом

Кривая разгона одноемкостного объекта описывается экспонентной функции вида:

где:  (t) - относительная регулируемая величина;

 - значение регулирующей величины на установившемся режиме;

t - время;

 - относительное значение регулирующего воздействия или нагрузки на объект регулирования при переходе из одного равновесного состояния в другое;

, - коэффициенты объекта регулирования;

Кривая разгона реального одноемкостного устойчивого объекта при значении  = 0,05 приведена на рисунке 1.

Group 1510



Рисунок 1.

Кривая разгона вписывается в систему точек (рисунок 1) для полученных значений x(t) на исследуемом промежутке времени t=5÷6  так, чтобы точки равномерно распределились справа и слева от аппроксимационной функции  (t).

Постоянная времени  определяется графически несколькими способами: а) проводим касательную к кривой разгона в начале координат до ее пересечения с горизонтальной линией, соответствующей значению . Время заключённое между точкой t=0 и точкой О* пересечения касательной с линией , равно  .

б) либо проводят линию параллельную оси t, через значение , пересечение которой с кривой  (t) определяет точку , координата которой по оси t равна постоянной времени  (в нашем случае =13с)

в) также можно провести касательную к произвольной точки экспоненты. Время заключенное между точкой О′′ и точкой пересечения касательной с линией , равно .

Далее по известным значениям  и вычислить коэффициент передачи объекта регулирования  , в нашем случае  (см. рисунок 1) при номинальном значении .

Уравнение динамики объекта регулирования по каналу регулирующего воздействия имеет вид:

В численных значениях:

Передаточная функция объекта:

 = 

В реальных одноемкостных объектах часто между моментом нарушения равновесия и началом изменения регулируемой величины проходит некоторое время: называемое временем транспортного(чистого) запаздывания  или z.

В этом случае уравнение динамики объекта примет вид:

,

Передаточная функция объекта:

Передаточная функция объекта в численных значениях при 

1.1.2. Графическая аппроксимация многоемкостного устойчивого объекта регулирования.

Кривую разгона многоёмкостного устойчивого объекта ( кривая 1 на рисунке 2) представим приближённым к одноёмкостному устойчивым объектом и звеном запаздывания.

За приближённый к одноёмкостному устойчивый объект принимаем объект, кривая разгона которого выходит из участка касательной через точку перегиба О от точки с координатами t = τ и x = до точки перегиба О и участка кривой разгона многоёмкостного устойчивого объекта от точки перегиба О до значения  =В этом случае постоянная времени объекта равна  и время запаздывания τ.

AutoShape 1547

τ

О

Рисунок 2 - Кривая разгона многоемкостного устойчивого объекта приведена на рисунке 2.

Уравнение динамики многоёмкостного устойчивого объекта регулирования имеет вид:

f(t+τ),

где f(t) – обобщённое воздействие на объект,  = 0,05

Передаточную функцию объекта запишем в виде:

= 

где : - передаточная функция многоемкостного устойчивого объекта.

- передаточная функция одноемкостного устойчивого объекта.

τ - время запаздывания.

Далее по известным значениям  и  вычисляем коэффициенты передачи объекта регулирования  = ,  при - номинальное значение;

Для многоемкостных объектов характерны два вида запаздывания: чистое (или транспортное)и переходное (емкостное).

Чистым запаздыванием называется время  от момента внесения возмущающего воздействия до начала изменения управляемой величины.

Чистое запаздывание смещает во времени реакцию на выходе в объекте по сравнению с моментом нанесения входного воздействия на величину времени , не изменяя величину и форму воздействия.

Переходное запаздывание  возникает при замене многоемкостных объектов одноемкостными.

Время переходного запаздывания определяется отрезком п и зависит от числа емкостей в объекте, для приведенного примера.

Общее запаздывание  в объекте управления равно сумме чистого и переходного запаздываний, т.е.  = о +п, и для примера приведенного на рисунке 2, τ = 45,5 с.

Постоянная времени  определяется графически путем проведения касательной к точке перегиба кривой разгона. Точка перегиба соответствует переходу кривой от режима ускорения к режиму замедления темпа нарастания выходного сигнала и имеет максимальную скорость изменения регулируемой величины. В рассмотренном примере  = 145 с.

Уравнение динамики объекта в численных значениях примет вид:

Передаточная функция объекта в численных значениях примет вид:

1.1.3. Графоаналитический метод аппроксимации двухъёмкостного устойчивого объекта.

Уравнение динамики двухъемкостного объекта имеет вид:

Передаточная функция объекта:

=


Кривая разгона двухъёмкостного устойчивого объекта представлена на рисунке 3.

Рисунок 3.

Для определения постоянных времени Т1 и Т2 необходимо сначала найти величины a и b. Для этого проводим касательную в точке перегиба О3 , и продолжаем ее до пересечения с горизонтальной линией соответствующей максимальному значению регулируемой величины  в точке О4, с одной стороны, а с другой стороны продолжают ее до пересечения с осью времени в точке О2 . Проекция этой касательной на ось времени даст нам b= 20 сек, а определяется как проекция отрезка О3О4 на ось времени: а = 13 сек.

Рисунок 4. Номограмма

Затем на номограмме (рисунок 4) провести прямую через точки М с координатами (0; b/а) и N с координатами (b/а;0). Наконец по координатам точки пересечения Р найти искомые постоянные времени с помощью следующих выражений: Т1 = а∙z; и Т2 = а∙х.

В нашем случае точка М (0;1,54) ,N (1,54;0)

Следовательно Т1= 13∙1,4=18,2, Т2 = 13∙0,2=2,6.

Время запаздывания τ = 5 сек (см. рисунок 3)

Далее по известным значениям  и  вычислить коэффициент передачи объекта регулирования.

 при номинальном значении .

Уравнение динамики двухъемкостного объекта в численных коэффициентах:

.

Окончательно

Передаточная функция объекта в численных значениях примет вид:

= 

1.1.4. Графическая аппроксимация объекта регулирования одноемкостным нейтральным объектом.

К объектам, не обладающим самовыравниванием (объектам с

нулевым самовыравниванием), относятся так называемые нейтральные или

астатические объекты, представляющие с динамической точки зрения

интегрирующие звенья. Изменения регулируемой переменной в таких

объектах могут быть сколь угодно большими.

Переходной характеристика нейтрального объекта представляет прямую линию, т.е. регулируемая величина изменяется с постоянной скоростью (рисунок 5).

t

Рисунок 5.

Уравнение разгона нейтрального объекта:

 или  (t)=

где: – время разгона объекта

Параметр , характеризующий объекты с нулевым самовыравниванием, называется приведённой скоростью разгона нейтрального объекта и имеет смысл скорости изменения регулируемой переменной, приходящейся на единицу входного воздействия.

Передаточная функция объекта:

= = ;

По кривой разгона (рисунок 5) снимаем значения  и 

Вычислим значение  при  и 

= 29,2 сек;

Уравнение разгона нейтрального объекта в численных значениях примет вид:

 

Передаточная функция объекта в численных значениях примет вид:

=

1.1.5. Графическая аппроксимация многоёкостного нейтрального объекта.

Group 2611



Похожие документы:

  1. Новые поступления из эбс «айбукс»

    Документ
    ... адресован студентам, слушателям, курсантам, ... Аннотация: Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, выполняющих курсовой проект по дисциплине ... качества. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 080301 - ...
  2. Пособие предназначено для слушателей военно-медицинской академии, военных врачей и военных психологов. Олег Геннадьевич Сыропятов

    Документ
    ... Пособие предназначено для слушателей ... , студентов, ... специальных тренажерах, имитаторах, учебных полях, на аэродромах; физические и спортивные упражнения по преодолению специальных ... методические ... разминка для курсантов, мечтающих ... Обучающий инструктор СЦД по ...
  3. Программа учебной практики предназначена для курсантов очной формы обучения. Рассмотрена и одобрена на заседании Ученого совета Санкт-Петербургского университета гпс мчс россии протокол №

    Программа
    ... по специальности 280104.65 «Пожарная безопасность», а также квалификационных характеристик. Программа учебной практики предназначена для курсантов ... России, обучающихся по специальности « ... Пожарная тактика: Учебно-методическое пособие по решению пожарно- ...
  4. Рабочая программа учебной дисциплины «Пожарная тактика» предназначена для курсантов и слушателей очной и заочной форм обучения. Рассмотрена и одобрена на заседании Ученого совета Санкт-Петербургского университета гпс мчс россии протокол №

    Рабочая программа
    ... рабочая программа по специальности 280104.65 ... учебной дисциплины «Пожарная тактика» предназначена для курсантов ... ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ При выполнении контрольной работы слушатель, обучающийся по ... тактика: Учебно-методическое пособие по решению ...
  5. Методическое пособие «командиру о поддержании правопорядка и предупреждении правонарушений в подразделении» введение

    Методическое пособие
    ... методическом пособии изложены основные направления организаторской и воспитательной работы по ... ). Учебно-материальная база предназначена для проведения занятий по изучению ... также начальники служб по специальности обязаны контролировать соблюдение ...

Другие похожие документы..