Методические указания по выполнению практических работ для студентов специальности 220200 Автоматизированные системы обработки информации и управления
 Скачать 403.52 Kb.
|
|
Практическая работа №2. «Переходные процессы в системах автоматического регулирования». 1. Цель работы: 1.1. Изучить виды переходных процессов. 1.2. Изучить количественные показатели качества переходных процессов. 2. Общие сведения. Устойчивость, то есть способность к затуханию переходных процессов, является необходимым, но далеко не достаточным условием практической пригодности систем. Этот критерий позволяет очень грубо оценить переходные процессы. Рассмотрим, как выглядят переходные характеристики для трех основных режимов с точки зрения устойчивости.  Рис. 1. Виды переходных характеристик. Использовав, как показано на рис. 1, критерий устойчивости по виду переходной характеристики (переходного процесса), мы можем сказать, что система устойчива, если переходный процесс затухает. Однако система может быть устойчивой, но ее переходные процессы, в зависимости от изменения параметров, будут сильно различаться, как это показано на рис. 2.  Рис. 2. Виды устойчивых переходных характеристик. Мы видим, что эти процессы существенно отличаются по виду, имеют разные частоту колебаний, время завершения, амплитуду отклонения от заданной величины. В связи с этим возникает необходимость сравнения, оценки устойчивых временных характеристик систем. Следует отметить, что специалистов интересует не только переходные процессы при изменении управляющих воздействий, но и переходные процессы при изменении возмущающих воздействий. Таким образом, важным понятие для систем управления является понятие качества переходных процессов, то есть становится важным сам характер протекания процессов, особенно такие факторы, как длительность, колебательность и динамическое отклонение регулируемой переменной от заданной величины. Для оценки качества переходных процессов требуются характеристики, критерии или показатели качества, которые могут быть выражены численно. Критерии качества имеют следующие области применения: Сравнительный анализ систем автоматического управления при изменении параметров объекта управления, или при сравнении систем разного вида для одного и того же объекта управления. Синтез, выбор параметров систем автоматического управления, обеспечивающих заданные критерии качества переходных процессов, требованиям технического задания на разработку системы. Известно, что переходный процесс в системе управления зависит не только от свойств самой системы, но и от характера (вида) входного воздействия. Поэтому поведение системы при оценке качества переходных процессов рассматривают при типовых внешних воздействиях. В качестве таких типовых воздействий чаще всего используют: единичную ступенчатую функцию, реже, линейнонарастающий сигнал, воздействие гармонической функцией. Оценки качества делятся на две группы: Прямые показатели качества переходных процессов. Они характеризуют непосредственно сам переходный процесс, реакцию системы на типовое воздействие, чаще всего, на единичную ступенчатую функцию. Косвенные показатели (критерии) качества. Они оценивают качество переходных процессов по другим характеристикам системы, таким как частотные характеристики, характер и расположение корней характеристического уравнения (полюсов передаточной функции), интегралы временной функции переходного процесса. Оценка качества переходного процесса при воздействии ступенчатой функции. Прямые оценки качества определяют по графику переходной характеристики системы управления , то есть при воздействии на систему единичной ступенчатой функции –  и при нулевых начальных условиях, или по кривой переходного процесса регулируемой переменной при воздействии на вход ступенчатой функции с амплитудой, соответствующей номинальному или иному определенному значению регулируемой переменной. Рассмотрим систему управления с единичной отрицательной обратной связью, структурная схема которой показана на рис. 3.  Рис. 3.Схема с единичной отрицательной обратной связью. На вход системы поступает ступенчатый сигнал, на выходе можно наблюдать реакцию системы, кроме того, в качестве переходного процесса может рассматриваться изменение ошибки регулирования – . Примерные графики изменения сигнала на выходе и ошибки регулирования показаны соответственно на рис. 4 и 5.  Рис. 4.Вид возможной переходной функции процесса.  Рис. 5. Вид возможной переходной функции процесса. Рассмотрим прямые оценки качества переходных процессов, показанные на рис. 4 и 5: – минимальное время, по истечении которого регулируемая величина будет оставаться близкой к установившемуся значению с заданной точностью –  .предварительно задается в процентах от установившегося значения , где нет определенных требований – принимают . – перегулирование – максимальное отклонение от установившегося значения, выраженное в относительных единицах или процентах –  или  .Обычно требования по перегулированию составляют , иногда к качеству процессов может быть предъявлено требование , на пример в системах позиционирования манипуляторов промышленных роботов. – частота колебаний –, где – период колебаний для колебательных процессов. – это число полных колебаний, которое имеет или за время регулирования , обычные требования по числу колебаний , в некоторых системах накладывают ограничение на колебательность , на пример, в системах с существенным люфтом в механических передачах. – время достижения первого максимума. – время нарастания переходного процесса, время от начала переходного процесса до момента первого пересечения графиком линии установившегося значения. – декремент затухания, равный отношению модулей двух смежных перегулирований –  .Перечисленные выше показатели могут быть дополнены и другими, если этого требуют специфические технические задания на разработку или исследование систем управления. Устойчивые переходные процессы, возникающие при ступенчатом воздействии, принято делить на три группы: Монотонные процессы. Такие процессы, где первая производная выходной величины по времени не меняет знак. Апериодические процессы. Здесь производная меняет знак не более одного раза. Колебательные процессы. Производная меняет свой знак периодически На рис. 6 показан примерный вид колебательного, апериодического и монотонного процессов.  Рис. 6.Оценка вида процессов по переходной функции. 3адания на практическую работу. Произвести анализ переходного процесса по виду и устойчивости. Оценить характер переходного процесса. 3.3. Оценить количественные характеристики переходного процесса. Варианты заданий на практическую работу. Вариант 1. |