Анализ системы управления

Для выполнения требуемых условий необходимо в систему добавить регулятор. Для минимизации расчётов и удобства настройки регулятора воспользуемся готовым блоком PIDcontroller, который имеется в библиотеке MatlabSimulink. В результате, модель примет вид (рисунок 2.6).Рисунок 2.6 – Модель системы управления углом поворотав программе MatlabSimulinkДля приведения переходного процесса к оптимальному виду существуют такие правила: – увеличение пропорционального коэффициента усиления увеличивает быстродействие и снижает запас устойчивости; – при уменьшении интегральной составляющей ошибка регулирования быстрее уменьшается с течением времени; – увеличение дифференциальной составляющей увеличивает запас устойчивости и быстродействие В процессе настройки было выявлено, что необходимые требования по быстродействию и перерегулированию системы можно реализовать только с помощью ПИД-регулятора. На рисунке 2.7 представлено окно настройки регулятора и коэффициенты регулирования. Рисунок 2.7 – Окно настройки ПИД-регулятораТаким образом, при анализе схемы с разработанным регулятором получится переходный процесс, представленный на рисунке 2.8. Рисунок 2.8 –График переходного процесса при введении в систему ПИД-регулятораКачественные показатели переходного процесса:– Время нарастания tн= 0,029 с.– Время переходного процесса tпп=0,115 с.– Установившееся значение Yуст=1– Перерегулирование σ=9,04 %.Разработанная система с ПИД-регулятором полностью удовлетворяет всем требованиям. На рисунке 2.9 представлены частотные характеристики рассматриваемой системы ЛАЧХ и ЛФЧХ. Рисунок 2.9 – ЛАЧХ и ЛФЧХ системыИз рисунка 2.9 следует, что величина запаса по фазе равна 1200. Запас по амплитуде составляет 18 Дб. Показатель колебательности может быть определён из выражения:Из данного расчёта показателя колебательности следует, что при увеличении коэффициента Кmax (в нашем случае равного коэффициенту разомкнутой системы)будет происходить рост коэффициента колебательности. Следовательно, увеличится максимально возможное отношение амплитуды регулируемой величины к амплитуде гармонического задающего воздействия. В результате, система станет неустойчивой. ЗаключениеВ ходе выполнения данной курсовой работы была исследована система управления углом поворота нагрузки. Приведено описание процесса управления углом поворота на основе двигателя постоянного тока независимого возбуждения, выявлено, что угол поворота зависит от большого количества внешних факторов – сила трения, изменяющаяся нагрузка, температура и т.д. Определяющим фактором является величина напряжения, подаваемая на двигатель. Приведенапринципиальная схема системы управления углом поворота нагрузки. В качестве управляемого параметра выбран угол поворота, который оценивается с помощью потенциометра. Разработана функциональная и структурная схема системы управления углом поворота нагрузки. Приведено описание передаточной функции и принципа работы каждой из частей разработанной системы. Во второй главе проведен анализ устойчивости разработанной системы по алгебраическому (критерий Рауса-Гурвица), частотному (критерий Михайлова) критерию. Выполнено построение диаграммы нулей-полюсов, подтверждающей, что разработанная система устойчива. Проведен качественный анализ разработанной системы. Было выявлено, что при исходных данных система не удовлетворяла одному требованию из трёх (по времени регулирования). В результате, был введён в систему ПИД-регулятор, настройка которого проводилась с помощью встроенного в MatlabSimulinkблока PID-контроллер. При анализе системы с ПИД-регулятором все требования были выполнены. Кроме того, получены частотные характеристики и рассчитан показатель колебательности, доказывающие, что система соответствует необходимым требованиям. Список использованных источниковКлючев, В.И. Теория электропривода учебник для вузов / В.И. Ключев. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 704 с.Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. – Санкт-Петербург: Профессия, 2003. – 752 с.Черных И.В. «Моделирование электротехнических устройств в Matlab, SimPowerSystems и Simulink». – М.:ДМК Пресс, 2008. – 288с.Герман-Галкин С.Г. Проектирование мехатронных систем на ПК. – СПб.:КОРОНА-Век, 2008. – 368с.Тарасова Г. И., Топильская Т. А. Идентификация и диагностика систем: лаб. Практикум. Ч. 1. – М: МИЭТ, 2011. - 84 с. Применение алгоритма динамического программирования при выборе оптимального состава и распределении нагрузки между агрегатами / Кубарева Т.С. Метод.указания, СГТУ, Саратов, 1993.Приложение 1>> w1=tf([60],[1]) – передаточная функция УПЭTransfer function:60 >> w2=tf([0.014],[0.00081 0.099 1 0]) – передаточнаяфункцияОУTransfer function:0.014---------------------------0.00081 s^3 + 0.099 s^2 + s>> w3=tf([11],[0.003 1]) – передаточная функция Д1Transferfunction: 11-----------0.003 s + 1>> wraz=w1*w2*w3– передаточная функция разомкнутой системыTransfer function: 9.24------------------------------------2.43e-006 s^4 + 0.001107 s^3 + 0.102 s^2 + s >> wz=feedback(wraz,[1])– передаточнаяфункциязамкнутойсистемыTransfer function: 9.24------------------------------------2.43e-006 s^4 + 0.001107 s^3 + 0.102 s^2 + s + 9.24Continuous-time transfer function.>> pzmap(wz) – командапостроениядиаграммынулей-полюсов