Ім'я файлу: Курсовая ТАУ.docx
Розширення: docx
Розмір: 809кб.
Дата: 28.03.2021
скачати
Пов'язані файли:
Курсовая Электроника.docx
Розширення: docx
Розмір: 809кб.
Дата: 28.03.2021
скачати
Пов'язані файли:
Курсовая Электроника.docx
Міністерство освіти і науки України
Державний вищий навчальний заклад
«Приазовський державний технічний університет»
Кафедра автоматизації і комп'ютерних технологій
Дисципліна «Теорія автоматичного керування»
РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до курсового проекту (роботи)
"Проектування системи автоматичного регулювання витрат "
Виконав
студент гр. МА-18
Керівник
ст. викладач Ісаєв А.Б.
Маріуполь, 2020
ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет»
(найменування ВНЗ)
Факультет Інформаційних технологій
Кафедра А і КТ
Дисципліна Теорія автоматичного керування
Спеціальність 151 Автоматизація і комп ютерно-інтегровані технології
Курс 3 Група МА-18 Семестр 5 (осінній)
ЗАВДАННЯ
НА КУрсовий ПРОЕКТ (РОБОТУ) СТУДЕНТОВІ
_______________________________________
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи): Проектування системи автоматичного регулювання витрат.
2. Термін здачі студентом закінченого проекту (роботи): 15 листопада 2020 р._
3. Вихідні дані до проекту (роботи): таблиця з результатами експерименту по визначенню кривої розгону об’єкту управління (Додаток А).
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які підлягають розробці).
4.1. Аналіз об’єкту управління: побудова і обробка кривої розгону ОУ геометричним методом, визначення типу ОУ, його параметрів і передавальної функції, побудова структурної схеми, вивід аналітичних виразів, розрахунок і побудова графіків звичайних і розширених частотних характеристик ОУ.
4.2. Синтез регулятора: розрахунок параметрів настройки ідеального регулятора інженерним методом,ідеального регулятора методом розширених АФХ. Аналіз регулятора: вивід аналітичних виразів, розрахунок і побудова графіків звичайних і розширених частотних характеристик ідеального регулятора.
4.3. Аналіз АСУ з ідеальним регулятором: побудова структурної схеми АСУ, вивід передавальних функцій розімкнутої АСУ, вивід аналітичних виразів, розрахунок і побудова графіків звичайних і розширених частотних характеристик розімкнутої АСУ з ідеальним регуляторм. Визначення запасів стійкості по модулю і по фазі.
4.4. Аналіз перехідних процесів в АСУ: розробка алгоритму і програми розрахунку, розрахунок і побудова графіків керуючих впливів і процесів регулювання за завданням і за навантаженням з ідеальним регулятором, визначення та аналіз показників якості.
4.5. На оцінку відмінно пункти 4.2, 4.3, 4.4 також необхідно виконати для випадку реального регулятора.
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень): лінії рівного згасання для ідеального або реального регулятора, один графік (А3); графіки процессів регулювання з ідеальним чи реальним регулятором, один процес(А3).
РЕФЕРАТ
Пояснювальна записка обсягом 33 сторінка, 15 ілюстрацій, 4 таблиці, 7 джерел.
Метою виконання даної курсової роботи є:
-закріплення знань, присвячених проектування автоматизованих систем управління технологічними процесами;
- практичне засвоєння методів синтезу автоматичних систем управління на підставі динамічних властивостей об'єктів управління і вимог, що пред'являються до систем.
Завдання курсової роботи:
- освоїти і виконати вибір закону регулювання, розрахунок параметрів настройки регулятора, що забезпечують необхідну якість функціонування системи; - навчитися побудови процесів регулювання;
- вивчення базових засобів програмування і отримання навичок поста-новки і вирішення різних завдань за допомогою ПЕОМ;
отримання практичних навичок використання науково-технічної та нормативної літератури, ГОСТів.
В роботі проведений аналіз літературних джерел, розглянута постановка задачі, виконані необхідні розрахунки, описано використовується програмне забезпечення.
АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ, ОБ'ЄКТ УПРАВЛІННЯ, РЕГУЛЯТОР, ЧАСТОТНА ХАРАКТЕРИСТИКА, ПЕРЕХІДНИЙ ПРОЦЕС, ПОКАЗНИКИ ЯКОСТІ.
ЗМІСТ
ПереЛІК уМовнИх обозначенЬ І сКОРОЧЕНЬ………………… 5
ВСТУП……………………………………………………………………... 6
1 АналІЗ ОБ’Єкта УПРАВЛІННЯ……………………………………. 7
1.1. Побудова і обробка кривої розгону ОУ геометричним методом та визначення типу …………………………………………………………....... 7
1.2 Розрахунок і побудова графіків звичайних і розширених
частотних характеристик ОУ……………………………………………… 9
2 СИНТЕЗ РЕГУЛЯТОРА ………………………………………………… 14
2.1 Розрахунок параметрів настройки ідеального регулятора
інженерним методом……………………………………………………. 14
3 АналІЗ РЕГУЛЯТОРА…..……………................................................... 18
3.1 Вивід аналітичних виразів ………..………………………………… 18
4 АналІЗ АСУ З ІДЕАЛЬНИМ РЕГУЛЯТОРОМ....………………… 25
4.1 Побудова структурної схеми АСУ………………………………….. 25
4.2 Визначення запасів стійкості по модулю і по фазі……………………. 27
5 АналІЗ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ В АСУ………….……………… 29
5.1 Розрахунок і побудова графіків керуючих впливів і процесів
регулювання за завданням і за навантаженням з ідеальним
регулятором ……………………………………………………………. 29
ВИСНОВКИ……………………………………………………………….. 41
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕННЯ
АСУ - автоматична система управління
ОУ - об'єкт управління
АЧХ - амплітудно-частотна характеристика
ФЧХ - фазо-частоностна характеристика
АФХ - амплітудно-фазова характеристика
КЧХ - комплексна частотна характеристика
ПД-регулятор - пропорційно-диференційний регулятор
ПФ - передавальна функція
ПП - перехідний процес
ПЕОМ - персональна електронно-обчислювальна машина
ВСТУП
При вирішенні завдань проектування АСУ будь-якого рівня розробник має справу з двома складовими - власне об'єктом керування і комплексом технічних засобів, що забезпечують реалізацію процесу управління в системі. Розрахунковий етап проектування автоматичної системи виконується в кілька відокремлених стадій. На першій стадії розрахункового етапу проектувальнику необхідно отримати повну математичну модель ОУ. Після цього потрібно побудувати критеріальну стратегію проектування АСУ і довести її до математичної формулювання завдання. Ці два компоненти дозволяють перейти до заключної стадії етапу - синтезу структури і параметрів алгоритму, який забезпечить крітеріальні вимоги до проектованої системі.
Метою даної курсової роботи є створення системи атоматіческго управління витрати для заданого об'єкта управління і заданого типу регулятора, що задовольняє певним критеріям якості.
У роботі наведені результати аналізу і визначення параметрів об'єкта управління різними методами, визначено його тип і передавальні функції, побудовані різні частотні характеристики. На їх підставі розраховано параметри налаштування ідеального ПД-регулятора інженерним методом і методом розширених АФХ, проведено аналіз отриманого регулятора, побудовані його частотні характеристики. Побудовано структурну схему АСУ, визначені передавальні функції розімкнутої та замкнутої системи, побудовані графіки частотних характеристик, визначені запаси стійкості по модулю і по фазі. Проведено аналіз перехідних процесів в розробленій АСУ, побудованих з використанням ПЕОМ, визначені отримані показники якості процесів, зроблені висновки по роботі.
1 АналІЗ ОБ’Єкта УПРАВЛІННЯ
Побудова і обробка кривої розгону ОУ геометричним методом.
Одним з обов'язкових елементів будь-якої системи управління є об'єкт управління. Об'єктом управління називають агрегат або його ділянку, в якому протікає технологічний процес. Для успішного проектування і налаштування системи необхідно знати параметри об'єкта управління.
Фізична величина або параметр, що характеризує протікання процесу в об'єкті, називається регульованою величиною, в нашому випадку це витрата речовини.
Для вибору структури і параметрів регулятора, тобто для вирішення завдання синтезу АСУ, необхідно знати динамічні властивості об'єкта управління. Для цього за результатами експерименту з завдання (Додаток А) за допомогою програми Microsoft Excel будуємо криву розгону об'єкту управління - графік зміни в часі вихідної величини, викликаного одноразовим скачкооб-різним зміною вхідної величини на 6% Х.Р.О. за умови, що до мо-мента зміни вхідної величини об'єкт управління перебував у стані динамічної рівноваги (Рисунок 1.1)
До кривої розгону в точці перегину (точка, де швидкість зміни вихідної величини максимальна, тобто кут нахилу дотичній до осі часу найбільший) провели дотичну до перетину з усталеними початковим і кінцевим значеннями вихідної величини. Початкове стале значення вихідної величини взяли за початок відліку по осі ординат.
Час запізнювання об'єкта τоб чисельно дорівнює відрізку осі часу від моменту внесення обурення до точки перетину дотичної з початковим сталим значенням вихідної величини, характеризує відставання (запізнювання) реакції об'єкта на вхідний вплив:
τоб = (8,1– 0) = 8,1 с. (1.1)
Коефіцієнт передачі об'єкта Коб дорівнює відношенню зміни вихідної величини до викликав цю зміну вхідної величини, характеризує усі-лительного властивості об'єкта в сталих (статичних) станах:
(1.2)
Рисунок 1.1-«Крива розгону об’єкту керування»
Тепер маючи потрібні нам дані та тип об’єкту побудуємо передавальну функцію:
= 
(1.3)1.3 Побудова структурної схеми, вивід аналітичних виразів.
Структурну схему об'єкта управління можна представити у вигляді послідовно з'єднаних запізнілого і апериодического ланок з розрахованими параметрами (Рисунок 1.2):
Хвх(р)
Хвых(р)
Рис.1.2. Структурная схема об’єкту управління.
З рівняння передавальної функції отримуємо рівняння комплексної частот-ної характеристики (КЧХ) об'єкта управління заміною оператора р на jω.
(1.4)де Aоб(ω) – амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) об'єкта управління;
φоб(ω) – фазо-частотная характеристика (ФЧХ) об'єкта управління.
Дійсна частотна характеристика Re (ω) знаходиться з виразу:
Re(ω) = Aоб(ω)cosφоб(ω). (1.5)
Уявна частотна характеристика Im (ω) знаходиться з виразу:
Im (ω) = Aоб(ω)sinφоб(ω). (1.6)
Звичайні частотні характеристики характеризують реакцію ланки (або систе-ми) на незгасаючі гармонійні коливання. При вирішенні завдань синтезу АСУ використовуються розширені частотні характеристики, які характеризуют реакцію ланок на затухаючі коливання. Визначити розширену амплітудно-фазову характеристику можна по відомою передавальної функ-ції. Для цього досить у вираженні передавальної функції (1.5) замінити оператор р на (j-m) ω. Після підстановки і проведення перетворень напів-чаєм вираз для розширеної амплітудно-фазову характеристики:
(1.7)1.2 Розрахунок і побудова графіків звичайних і розширених частотних характеристик ОУ.
Для побудови графіка амплітудно-частотної характеристики АЧХ підставляємо в формулу (1.8) та(1.14) значення частоти ω і записуємо результати в таблицю 1.1 та 1.2:
Таблиця 1.1. Значення ЧХ.
| w | A | Ф | Re | Im |
| 0,01 | 255 | -1,6518 | -20,6324 | -254,164 |
| 0,011 | 231,8182 | -1,6599 | -20,6277 | -230,899 |
| 0,012 | 212,5 | -1,668 | -20,6225 | -211,497 |
| 0,013 | 196,1538 | -1,6761 | -20,6169 | -195,067 |
| 0,014 | 182,1429 | -1,6842 | -20,6108 | -180,973 |
| 0,015 | 170 | -1,6923 | -20,6042 | -168,747 |
| 0,016 | 159,375 | -1,7004 | -20,5972 | -158,038 |
| 0,017 | 150 | -1,7085 | -20,5898 | -148,58 |
| 0,018 | 141,6667 | -1,7166 | -20,5819 | -140,164 |
| 0,019 | 134,2105 | -1,7247 | -20,5736 | -132,624 |
| 0,02 | 127,5 | -1,7328 | -20,5648 | -125,831 |
| 0,021 | 121,4286 | -1,7409 | -20,5555 | -119,676 |
| 0,022 | 115,9091 | -1,749 | -20,5459 | -114,074 |
| 0,023 | 110,8696 | -1,7571 | -20,5357 | -108,951 |
| 0,024 | 106,25 | -1,7652 | -20,5251 | -104,249 |
| 0,025 | 102 | -1,7733 | -20,5141 | -99,9158 |
| 0,026 | 98,07692 | -1,7814 | -20,5027 | -95,91 |
Таблиця 1.2.-«Значення розширених ЧХ.»
| w | A | Ф | Re | Im |
| 0,01 | 236,5902 | -2,125 | -124,509 | -201,178 |
| 0,011 | 215,9759 | -2,1331 | -115,144 | -182,722 |
| 0,012 | 198,8006 | -2,1412 | -107,346 | -167,327 |
| 0,013 | 184,2709 | -2,1493 | -100,754 | -154,287 |
| 0,014 | 171,8198 | -2,1574 | -95,1081 | -143,096 |
| 0,015 | 161,0316 | -2,1655 | -90,2198 | -133,385 |
| 0,016 | 151,5945 | -2,1736 | -85,9469 | -124,876 |
| 0,017 | 143,2701 | -2,1817 | -82,1806 | -117,357 |
| 0,018 | 135,873 | -2,1898 | -78,8365 | -110,663 |
| 0,019 | 129,2567 | -2,1979 | -75,8479 | -104,663 |
| 0,02 | 123,3042 | -2,206 | -73,1613 | -99,254 |
| 0,021 | 117,9206 | -2,2141 | -70,7335 | -94,3506 |
| 0,022 | 113,0283 | -2,2222 | -68,5293 | -89,8841 |
| 0,023 | 108,5634 | -2,2303 | -66,5193 | -85,7974 |
| 0,024 | 104,4723 | -2,2384 | -64,6792 | -82,043 |
| 0,025 | 100,7102 | -2,2465 | -62,9887 | -78,581 |
| 0,026 | 97,23915 | -2,2546 | -61,4303 | -75,3775 |
| 0,027 | 94,02684 | -2,2627 | -59,9894 | -72,4039 |
| 0,028 | 91,04554 | -2,2708 | -58,6532 | -69,6354 |
| 0,029 | 88,27136 | -2,2789 | -57,4111 | -67,0508 |
| 0,03 | 85,68359 | -2,287 | -56,2533 | -64,6316 |
| 0,031 | 83,2642 | -2,2951 | -55,1719 | -62,3618 |
| 0,032 | 80,99741 | -2,3032 | -54,1595 | -60,2273 |
| 0,033 | 78,86935 | -2,3113 | -53,2099 | -58,2159 |
| 0,034 | 76,86779 | -2,3194 | -52,3174 | -56,3165 |
| 0,035 | 74,98189 | -2,3275 | -51,4771 | -54,5197 |
| 0,036 | 73,20202 | -2,3356 | -50,6846 | -52,8167 |
| 0,037 | 71,51958 | -2,3437 | -49,9361 | -51,2 |
| 0,038 | 69,92688 | -2,3518 | -49,2279 | -49,6627 |
| 0,039 | 68,41704 | -2,3599 | -48,557 | -48,1987 |
| 0,04 | 66,98383 | -2,368 | -47,9205 | -46,8024 |
| 0,041 | 65,62166 | -2,3761 | -47,3158 | -45,4688 |
| 0,042 | 64,32546 | -2,3842 | -46,7407 | -44,1936 |
| 0,043 | 63,09063 | -2,3923 | -46,193 | -42,9725 |
| 0,044 | 61,91298 | -2,4004 | -45,6709 | -41,8018 |
| 0,045 | 60,78872 | -2,4085 | -45,1725 | -40,6781 |
| 0,046 | 59,71436 | -2,4166 | -44,6964 | -39,5985 |
| 0,047 | 58,68672 | -2,4247 | -44,241 | -38,5599 |
| 0,048 | 57,70289 | -2,4328 | -43,805 | -37,5599 |
| 0,049 | 56,76019 | -2,4409 | -43,3872 | -36,5961 |
| 0,05 | 55,85615 | -2,449 | -42,9864 | -35,6662 |
| 0,051 | 54,98851 | -2,4571 | -42,6017 | -34,7682 |
| 0,052 | 54,15517 | -2,4652 | -42,2321 | -33,9004 |
| 0,053 | 53,35418 | -2,4733 | -41,8766 | -33,0608 |
| 0,054 | 52,58377 | -2,4814 | -41,5345 | -32,2481 |
| 0,055 | 51,84225 | -2,4895 | -41,205 | -31,4606 |
| 0,056 | 51,1281 | -2,4976 | -40,8873 | -30,6971 |
| 0,057 | 50,43987 | -2,5057 | -40,5809 | -29,9561 |
| 0,058 | 49,77622 | -2,5138 | -40,2851 | -29,2366 |
| 0,059 | 49,13591 | -2,5219 | -39,9994 | -28,5375 |
| 0,06 | 48,51777 | -2,53 | -39,7231 | -27,8576 |
| 0,061 | 47,92072 | -2,5381 | -39,4559 | -27,1961 |
| 0,062 | 47,34375 | -2,5462 | -39,1972 | -26,5521 |
| 0,063 | 46,78589 | -2,5543 | -38,9466 | -25,9246 |
| 0,064 | 46,24625 | -2,5624 | -38,7037 | -25,3129 |
| 0,065 | 45,72401 | -2,5705 | -38,468 | -24,7163 |
| 0,066 | 45,21836 | -2,5786 | -38,2394 | -24,134 |
| 0,067 | 44,72857 | -2,5867 | -38,0173 | -23,5654 |
| 0,068 | 44,25395 | -2,5948 | -37,8015 | -23,0099 |
| 0,069 | 43,79383 | -2,6029 | -37,5917 | -22,4669 |
| 0,07 | 43,34761 | -2,611 | -37,3876 | -21,9359 |
| 0,071 | 42,91468 | -2,6191 | -37,1889 | -21,4163 |
| 0,072 | 42,49451 | -2,6272 | -36,9953 | -20,9076 |
| 0,073 | 42,08658 | -2,6353 | -36,8067 | -20,4095 |
| 0,074 | 41,69038 | -2,6434 | -36,6228 | -19,9214 |
| 0,075 | 41,30546 | -2,6515 | -36,4433 | -19,4429 |
| 0,076 | 40,93136 | -2,6596 | -36,2681 | -18,9736 |
| 0,077 | 40,56768 | -2,6677 | -36,097 | -18,5133 |
| 0,078 | 40,21401 | -2,6758 | -35,9298 | -18,0614 |
| 0,079 | 39,86998 | -2,6839 | -35,7663 | -17,6178 |
| 0,08 | 39,53523 | -2,692 | -35,6063 | -17,182 |
| 0,081 | 39,20941 | -2,7001 | -35,4498 | -16,7538 |
| 0,082 | 38,89221 | -2,7082 | -35,2964 | -16,3329 |
| 0,083 | 38,58331 | -2,7163 | -35,1462 | -15,9191 |
| 0,084 | 38,28242 | -2,7244 | -34,9989 | -15,5119 |
| 0,085 | 37,98926 | -2,7325 | -34,8544 | -15,1113 |
| 0,086 | 37,70356 | -2,7406 | -34,7127 | -14,717 |
| 0,087 | 37,42508 | -2,7487 | -34,5735 | -14,3287 |
| 0,088 | 37,15356 | -2,7568 | -34,4367 | -13,9463 |
| 0,089 | 36,88877 | -2,7649 | -34,3023 | -13,5695 |
| 0,09 | 36,63049 | -2,773 | -34,1702 | -13,1982 |
| 0,091 | 36,37852 | -2,7811 | -34,0402 | -12,8321 |
| 0,092 | 36,13264 | -2,7892 | -33,9122 | -12,4711 |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 12