Контрольная работа 1 Оценка качества сау по переходной характеристике
 Скачать 0.84 Mb.
|
1 2 Контрольная работа №1 Оценка качества САУ по переходной характеристике ССДМ системы стабилизации частоты синхронного генератора (ССЧСГ) представлена на рис. 1. Согласно схемы задающим воздействием является номинальное значение частоты f0, выходной координатой – фактическая частота синхронного генератора fсг, а возмущающими воздействиями – отклонение напряжения на якоре Δuя и момент нагрузки Мн. Отклонение частоты от номинального значения Δf =f0 - fсг является ошибкой системы.  Рис. 1. ССДМ системы стабилизации частоты синхронного генератора Для примера расчета приняты следующие значения исходных данных: Kиу = 5 В/Гц; Ku = 4,22; Ту.с.п. = 0,0125 с; Kдв = 1,706 рад/Вс; Тм = 0,4 с; Тв = 0,02 с;Kсг = 0,48 Гцс/рад; K1 = 10 1/Нмс; Kя = 227 рад/Вс; Мн = 0,2 Нм; f0 = 500 Гц; Uя = 2 В. 1. Провести моделирование ССЧСГв системе MATLAB Simulink. Покажем особенности использования системы Simulink применительно к поставленной задаче. Система Simulink запускается из системы MATLAB путем выбора указателем мыши пиктограммы Simulink (8-я слева) на панели инструментов системы MATLAB (рис. 2).  Рис. 2. Панель инструментов системы Matlab В результате открывается окно Simulink Library Browser (рис. 3). Открытие нового окна для построения ССДМ (рис. 4) осуществляется нажатием левой кнопки мыши на пиктограмме Create a new model (1-я слева) панели инструментов данного окна.  Рис. 3. Окно Simulink Library Browser Имя окна для построения ССДМ задается по умолчанию – untitled (рис. 4).  Рис. 4. Окно для построения ССДМ Соответствующие блоки перемещаются в окно untitled из библиотек блоков. Затем блоки соединяются линиями связи. Для этого указатель мыши помещается на выходной порт блока. Далее, при нажатой левой кнопке мыши, указатель перемещается к входному порту следующего блока, линии связи заканчиваются стрелкой. Построение ССДМ ССЧСГ в системе Simulink осуществляется следующим образом. Звено с передаточной функцией  находится в библиотеке блоков Continuous (элементы непрерывных систем) и обозначается Transfer Fcn (рис. 5). В поле диалогового окна блока вводятся данные числителя Numerator:  и знаменателя Denominator:  (рис. 6). Аналогично формируются звенья  и  Numerator:  , Denominator: и  соответственно. Поскольку в системе Simulink порядок полинома числителя не должен превышать порядок полинома знаменателя, то звено  реализуется путем добавления удалённого полюса с малой постоянной времени  где   Рис. 5. Блок Transfer Fcn  Рис.6. Диалоговое окно блока Transfer Fcn Звенья Kиу, Kдв, Kсг, K1, Kя находятся в библиотеке блоков Math Operations и обозначаются Gain (рис. 7) . В поле диалогового окна блока вводятся соответствующие значения коэффициентов (рис. 8, для Kиу).  Рис. 37. Блок Gain  Рис. 8. Диалоговое окно блока Gain Сумматоры также находятся в библиотеке блоков Math Operations и обозначаются Sum (рис. 9). Для реализации отрицательной связи необходимо в диалоговом окне блока записать «+ –» (рис. 9).  Рис. 9. Блок Sum  Рис. 10. Диалоговое окно блока Sum Сигнал f0 формируется с помощью блока Step (рис. 11), находящегося в библиотеке блоков Sources. В диалоговом окне блоков вводится соответствующее значениеf0 (рис. 12). Аналогично формируется сигналы Мн и Uя.  Рис. 11. Блок Step Для построения переходной характеристики ССЧСГ по задающему воздействию  в блоке Step задаём входное воздействие  Гц, а в блоках Step 1 и Step 2 значения момента нагрузки Мн и изменения напряжения на якоре Uя равными нулю.  Рис. 12. Диалоговое окно блока Step Выходная координата регистрируется блоком Scope (рис. 13), расположенным в библиотеке блоков Sinks.  Рис. 13. Блок Scope По умолчанию в системе Simulink конечное время моделирования устанавливается равным 10,0. После выбора команды Simulation Parameters меню Simulation окна модели выводится диалоговое окно Simulation Parameters, где на вкладке Solver в текстовом поле Stop time вводится установленное для задачи значение (рис. 14). Затем нажимается кнопка ОК.  Рис. 14. Диалоговое окно Simulation Parameters Окно блока Scope выводится при двойном нажатии кнопки мыши на изображении блока. Выбор команды Start меню Simulation производит запуск процесса моделирования, при этом в окне блока Scope строится график, отображающий значения выходной координаты в функции времени моделирования. Для автоматической установки границ на осях выбирается пиктограмма Autoscale (в виде бинокля) на панели инструментов данного окна. Полученная ССДМ ССЧСГ представлена на рис. 15.  Рис. 15. ССДМ системы стабилизации частоты синхронного генератора Для сохранения созданной модели выбирается команда Save меню File или пиктограмма Save (в виде дискеты) на панели инструментов и в диалоговом окне Save As вводится имя файла. Н  а рис. 16 представлены результаты моделирования. Рис. 16. Переходная характеристика ССЧСГ по задающему воздействию Д  ля построения переходной характеристики по моменту нагрузки Мн устанавливаем в блоках Step и Step 2 нулевые значения, а в блоке Step 1 – момент сопротивления Мн  . Полученная переходная характеристика представлена на рис. 17.Рис. 2.67. Переходная характеристика ССЧСГ по моменту нагрузки Мн Для построения переходной характеристики по изменению напряжения на якоре Uя устанавливаем в блоках Step и Step 1 нулевые значения, а в блоке Step 2 устанавливаем значение Uя= В/с. Переходная характеристика представлена на рис. 18.  Рис. 18. Переходная характеристика ССЧСГ по изменению напряжения на якоре Uя 2. Оценить качество системы стабилизации частоты синхронного генератора по переходной характеристике.  , Гц  t, cРис. 19. Переходная характеристика системы стабилизации частоты синхронного генератора Из рис. 19 следует, что система стабилизации частоты синхронного генератора является устойчивой, переходный процесс – колебательным. Определяем показатели качества. Перерегулирование вычисляется, как относительная разность между максимальным значением fmax переходной характеристики и ее установившимся значениемfуст, выраженная в процентах  .. Время регулирования tр характеризует момент окончания переходного процесса, который соответствует ограничению  , где  – допустимо малая величина.Обычно принимают  . В нашем случае  Гц (см. рис. 46), и по графику находим время регулирования  с.Время нарастания tн определяется в точке первого пересечения переходной характеристики f(t) и ее установившегося значения fуст. Из графика видно, что  = 0,055 с.Число колебаний  связано с периодом колебания  и временем регулирования   .Период колебания определяем по графику (рис. 46), как расстояние между двумя ближайшими максимумами:  с.Тогда  .В данном случае процесс характеризуется, как колебательный, с числом колебаний равным 1,56. Частота колебаний  .Расчетные задания для самостоятельной работы Исходные данные по вариантам согласно ССДМ ССЧСГ (см. рис. 1) приведены в таблице 1. Таблица 1
1 2 |