Лабораторная. 25 ИРИТ ТУиМАРЭИ ЛР1. Методические указания к лабораторной работе по дисциплине Технологии управления и методы анализа результатов экспериментальных исследований для студентов, обучающихся по программе магистратуры по направлению подготовки
 Скачать 1.49 Mb.
|
|
Файл/Сохранить график. Рис. 31. Меню Анализ/Разброс параметров регулятора 52 Рис. 32. Задание параметров для анализа по разбросу параметров регулятора Если необходимо изменить параметры анализа, установленные по умолчанию, то можно использовать в данном меню закладку Опции (рис. 33). Рис. 33. Установка значений параметров анализа по умолчанию 53 Изменяемые параметры анализа дисперсия и число точек распределения, минимальная критическая частота и шаг по определению критической частоты, параметры расчета по переходной функции – начальная частота и шаг по частоте, максимальное время установившегося режима переходной характеристики. Далее вменю Графики/Распределение (см. рис. 34) необходимо построить распределение исследуемой величины, выбрав параметр распределения регулятора (коэффициент усиления k p , постоянную интегрирования Д, постоянную дифференцирования Т Д ), тип анализа САР (по управлению или возмущению) и тип графика – характеристику переходного процесса, как показателя качества устойчивой САР (время регулирования t p , максимальные динамические отклонения, перерегулирование ). Рис. 34. Построение распределения исследуемой величины Обязательно сразу сохраните график, используя в данном меню закладку Файл/Сохранить график в формате *.grs, это позволит в дальнейшем правильно оформить отчет с наложением графиков эксперимента. Не забывайте подписывать график. Запомните характеристики распределения исследуемой величины (математическое ожидание и дисперсию. Таким образом, анализ чувствительности и качества функционирования устойчивой САР, в данной лабораторной работе, заключается в следующем. Изменяя вероятностные настройки регулятора (математическое ожидание, получаем вероятностные характеристики переходного процесса, как показатели качества устойчивой САР (время регулирования t p , максимальное динамическое отклонение , перерегулирование ). Для системы с ПИД-регулятором при проведении однофакторного эксперимента необходимо 1) сначала задать оптимальные значения математического ожидания параметров регулятора (базовая точка эксперимента 2) затем изменить математическое ожидание коэффициента передачи регулятора р = o p k k p при постоянных значениях математических ожиданий И Т = И и Д Т = Д ; 3) далее изменить математическое ожидание постоянной интегрирования И Т И Т И при постоянных значениях математических ожиданий р = o p k и Д Т = Д ; 4) и наконец, изменить математическое ожидание постоянной дифференцирования Д Т = Д Т Д при постоянных значениях математических ожиданий р = o p k и И Т = И . При этом дисперсия настроек регулятора остается одинаковой и неизменной для всех параметров. Каждый раз анализируйте результаты эксперимента и выявите закономерности влияния варьируемых параметров регулятора на показатели качества системы. После проведения однофакторного эксперимента, например после выполнения п. 2, при изменении математического ожидания коэффициента 55 усиления р (при этом постоянная интегрирования И и постоянная дифференцирования Т Д остаются базовыми) у вас получатся семейства характеристик в виде графиков по 3 графика распределения времени регулирования t p для устойчивой САР по управлению при математических ожиданиях, равных o p k , o p k + р, o p k – р по 3 графика распределения максимального динамического отклонения для устойчивой САР по управлению при математических ожиданиях, равных o p k , o p k + р, o p k – р по 3 графика распределения перерегулирования для устойчивой САР по управлению при математических ожиданиях, равных o p k , o p k + р, o p k – р по 3 графика распределения времени регулирования t p для устойчивой САР по возмущению при математических ожиданиях, равных o p k , o p k + р, o p k – р по 3 графика распределения максимального динамического отклонения для устойчивой САР по возмущению при математических ожиданиях, равных o p k , o p k + р, o p k – р по 3 графика распределения перерегулирование для устойчивой САР по возмущению при математических ожиданиях, равных o p k , o p k + р, o p k – k р Аналогично получатся семейства графиков при выполнении пи одно- факторного эксперимента. Для представления результатов однофакторного эксперимента в виде семейства характеристик воспользуйтесь меню Отчет / Наложение графиков см. рис. 35). Сначала выберите тип графика Разброс в формате *.grs), затем, 56 нажимая кнопку Добавить, вставьте соответствующий график. Если тип графика не соответствует, то график не будет вставлен. Обязательно сразу сохраните каждое семейство графиков в формате, например, *.bmp. Рис. 35. Семейства характеристик распределения времени регулирования t p для устойчивой САР по управлению при математических ожиданиях, равных o p k , o p k + р, o p k – р Для отчета по лабораторной работе подписывайте графики со значениями математического ожидания и дисперсии характеристики, указывайте названия и значения осей. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ № 1 Цель лабораторной работы № 1 – провести стохастическое моделирование САР, те. провести синтез, получив оптимальные настройки регуляторов, а также провести анализ вероятностных характеристик показателей качества к случайным вариациям настроек (математического ожидания) регулятора. t p по упр. при кр М D[t p ]=53,98 t p по упр. при кр опт М D[t p ]=32,98 t p по упр. при кр М D[t p ]=1,02 t р Р 57 1. Запустить программу C:\Users student\ТУиМАРЭИ\Sianrg.exe, которая используется для моделирования САР. 2. Составить параметрическую модель САР. Для этого необходимо найти базовые (оптимальные) настройки для ПИД-регулятора o p k , И и Д методом Циглера–Никольса [2, 3]. Данные по передаточной функции (11) объекта управления об, Т об и об взять из табл. 5. Номер варианта уточнить у преподавателя. Таблица 5 Варианты задания Номер варианта k об Т об об Номер варианта k об Т об об 1 2 8 2,4 12 0,2 4 2,0 2 3 10 3,0 13 0,3 5 2,5 3 5 12 3,6 14 0,5 6 3,0 4 6 14 4,2 15 2 100 30 5 2 8 4,0 16 3 120 36 6 3 10 5,0 17 5 140 42 7 5 12 6,0 18 6 160 48 8 0,2 16 5,0 19 2 50 25 9 0,3 20 6,0 20 3 60 30 10 0,4 24 7,0 21 5 70 35 11 0,6 28 8,0 22 0,5 24 7,0 3. Провести анализ разомкнутой САР в частотной области. Построить АФЧХ разомкнутой САР и оценить по ней устойчивость системы для базовых оптимальных) настроек регуляторов. 4. Провести анализ замкнутой САР во временной области. Для этого определить переходные процессы системы по управлению и возмущению. Построить графики ПХ и определить базовые (оптимальные) показатели качества 58 САР: время регулирования t p при 5 й трубке (см. рис. 9, 10); максимальные динамические отклонения пои, перерегулирование пои. Далее эти параметры будут являться базовыми (оптимальными. 5. Провести анализ показателей качества САР при разбросе настроек ПИД-регулятора системы. Зафиксировать графики распределений, математическое ожидание и дисперсию показателей качества для устойчивой САР по управлению и возмущению время регулирования t p , максимальное динамическое отклонение , перерегулирование . Далее эти параметры называются базовыми показателями качества СУ. 6. С целью определения чувствительности системы к стохастическим вариациям параметров регулятора провести однофакторный эксперимент. В качестве факторов эксперимента выбрать настройки регулятора k p , Т И и Т Д При статистическом задании параметров необходимоизменять вероятностные настройки (математическое ожидание) ПИД-регулятора. Дисперсию принять по умолчанию равной 0,1. Сначала задать коэффициент передачи регулятора с математическим ожиданием р = o p k k p при постоянных значениях параметров с математическим ожиданием И Т = И и Д Т = Д . Затем задать постоянную интегрирования с математическим ожиданием И Т = И Т И при постоянных значениях р = o p k и Д Т = Д . Наконец изменять постоянную дифференцирования с математическим ожиданием Д Т = Д Т Д при постоянных значениях параметров с математическим ожиданием р = o p k и И Т = И . Уровень вариации параметров регулятора может быть равен 10, 20, 30 % (уточнить у преподавателя. Результаты однофакторного эксперимента для устойчивой САР по управлению и возмущению представить в виде семейства характеристик показателей 59 качества время регулирования t p , максимальное динамическое отклонение , перерегулирование Каждое семейство характеристик представить в виде трех графиков распределения при математических ожиданиях равных o p k , o p k + р, o p k – р И , И + Т И , И – Т И ; Д , Д + Т Д , Д – Т Д Обязательно зафиксировать математическое ожидание и дисперсию показателей качества. 7. Результаты синтеза и анализа САР представить следующим образом 7.1. Исходные данные ОУ, базовые (оптимальные) настройки для ПИД-регулятора o p k , И и Д . График АФЧХ разомкнутой САР для базовых оптимальных) настроек регуляторов. Графики ПХ замкнутой САР во временной области по управлению и возмущению. Расчетные базовые (оптимальные) показатели качества САР: время регулирования максимальные динамические отклонения, перерегулирования. 7.2. Полученные входе эксперимента семейства графиков распределений показателей качества для устойчивой САР по управлению и возмущению (время регулирования t p , максимальное динамическое отклонение , перерегулиро- вание ) с указанием на графиках математических ожиданий и дисперсий показателей качества. 7.3. Выявить и написать выводы о закономерности влияния варьируемых параметров регулятора на показатели качества системы. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Волкова В. Н. Денисов А. А Основы теории систем и системного анализа : учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности Системный анализ и управление. СПб. : СПбГТУ, 1997. 510 с. 60 2. Чесноков ЮН. Гусев О. А. Проектирование систем регулирования на ПК: учеб. пособие. Екатеринбург : УГТУ, 1999. 108 с. 3. Трофимова О. Г Теория и методы управления экспериментом : учебно- методическое пособие. Екатеринбург : УРФУ, 2013. 136 с. 61 СОДЕРЖАНИЕ 1. ПЛАНИРОВАНИЕ ИМИТАЦИОННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ......................... 2 2. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ФОРМАЛИЗОВАННОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИСТЕМ .............................................................................. 6 3. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ СТАТИСТИКИ ............................................................. 12 4. МОДЕЛИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ................ 22 4.1. Элементы одноконтурной САР..................................................................... 22 4.2. Модели объекта управления ......................................................................... 23 4.3. Модели регуляторов ....................................................................................... 25 4.4. Показатели качества САР .............................................................................. 28 4.5. Синтез регуляторов методом Циглера–Никольса ....................................... 32 4.6. Анализ одноконтурной САР в частотной области ..................................... 35 4.7. Анализ одноконтурной САР во временной области .................................. 36 5. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ SIANRG ДЛЯ СИНТЕЗА И АНАЛИЗА САР В ЧАСТОТНОЙ И ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ ............................................................................................................. 37 6. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ SIANRG ПРИ СТАТИСТИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ РАЗБРОСА НАСТРОЕК МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОЖИДАНИЯ) РЕГУЛЯТОРА САР С ПИД-РЕГУЛЯТОРОМ ..................................................................................... ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ № 1............................................... БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ...................................................................... 59 Учебное электронное текстовое издание Трофимова Ольга Геннадиевна СТОХАСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИ ВАРИАЦИИ ВЕРОЯТНОСТНЫХ НАСТРОЕК МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОЖИДАНИЯ) РЕГУЛЯТОРА Редактор А.В. Ерофеева Подготовка к публикации О.Г. Трофимовой Рекомендовано Методическим советом Разрешено к публикации 01.12.2012 Электронный формат – pdf Объем 3,1 уч.-изд. л. 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19 Информационный портал УрФУ http://www.ustu.ru |