Курсовая с практикой на тему Оптимизация параметров регулятора системы автоматического управления на основе моделирования

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ. 5

1 Постановка  задачи.. 7

2 Процесс  решения.. 9

2.1  Оптимизация
инерционно-форсирующего регулятора. 10

2.2  Оптимизация PID-регулятора. 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 26

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 27

Введение:

В составе любой системы управления обычно входят следующие
элементы:

— источники информации о задаче управления;

— источники информации о результатах управления (различные
датчики, измерительные устройства, детекторы и т.д.);

— устройства для анализа получаемой информации и выработки
решения;

— исполнительные устройства, воздействующие на объект
управления (ОУ), содержащие: регулятор, двигатели, усилительно-преобразующие
устройства и т.д.

Одним из важных элементов такой системы является регулятор,
который вырабатывает управляющие воздействия на ОУ, поддерживает на заданном
уровне или изменяет по определенному закону регулируемую величину.

Регуляторы могут быть выполнены в виде отдельного устройства
или в виде прикладного пакета в основной программе управляющего устройства.

Аппаратные регуляторы можно разделить:

1. По использованию для работы внешней энергии:

· регуляторы прямого действия, не используют
внешнюю энергию. Работают за счёт энергии развиваемой датчиком, просты по
конструкции, не дороги, но имеют не высокую точность. Используют в простейших
системах регулирования.

· регуляторы не прямого действия, используют
внешнюю энергию для своей работы-это основной вид регуляторов.

2. По виду используемой внешней энергии:

· электрические;

· пневматические;

· гидравлические;

· комбинированные. 3. По виду регулируемого параметра: регуляторы температуры,
давления, уровня, расхода и т. д.

4. По закону регулирования, т.е. по изменению регулирующего
воздействия во времени при изменении регулируемого параметра (по виду
переходной характеристике регулятора). Эти регуляторы могут быть аппаратного
типа (аналоговые) и дигитальные, в виде программного пакета.

Различают следующие виды регулирований:

· P (П) – означает «пропорциональный»

· I (И) – «интегральный»

· D (Д) – «дифференциальный»

· PI (ПИ) – «пропорциональный и интегральный»

· PD (ПД) – «пропорциональный и дифференциальный»

· PID(ПИД) – «пропорциональный, интегральный и
дифференциальный»

Перед тем, как рассчитывать параметры регулятора, необходимо
сформулировать цель и критерии качества регулирования, а также ограничения на
величины и скорости изменения переменных в системе. Традиционно основные
качественные показатели формулируются исходя из требований к форме реакции
замкнутой системы на ступенчатое изменение уставки.

В курсовой работе будут рассчитываться параметры инерционно-форсирующего и ПИД-регулятора в
составе заданной системы управления объектом.

Заключение:

В данной курсовой работе была изучена  методика  оптимального 
выбора параметров  регулятора  системы 
автоматического  управления  на 
основе моделирования.

В ходе работы выполнили
оптимизацию параметров двух регуляторов: инерционно-форсирующего и
ПИД-регулятора.

Для расчета
параметров регуляторов были использованы такие инструментальные средства:
Matlab, Simulink, Excel.

В результате были
подобраны оптимальные параметры указанных регуляторов и представлены переходные
характеристики исследуемой системы управления.

Фрагмент текста работы:

1 Постановка 
задачи

Дана  система  автоматического  управления, 
структура  которой представлена на
рисунке 1.1. Рисунок 1.1 – Система управления с обратной связью 1) Динамические 
свойства  системы  управления 
описываются следующими передаточными функциями:

Объект управления:

,

где Kо – коэффициент передачи объекта управления;

Tо – постоянная времени объекта
управления;

 – коэффициент
демпфирования колебаний объекта управления;

Регулятор:

,

где Kр – коэффициент усиления регулятора;

Тин
– постоянная времени инерционного звена регулятора;

Тф
– постоянная времени форсирующего звена регулятора;

Измеритель: Устройство сравнения:

,

где е – ошибка
управления;

y0
– задающее воздействие;

y* –  измеренное  значение 
выходной  координаты  объекта управления;

Уравнение регулятора: где u – управляющее воздействие на
объект управление;

Уравнение объекта
управления: где y – выходная
координата объекта управления;

Уравнение измерителя:

. 2) Дифференциальные уравнения, описывающие процессы в
системе:

уравнение объекта
регулирования

;

уравнение регулятора

;

уравнение
отрицательной обратной связи

. 3) Для  решения 
задачи  моделирования  необходимо 
перейти  от дифференциальных
уравнений к уравнениям в пространстве

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ. 5

1 Постановка  задачи.. 6

2 Процесс  решения.. 9

2.1  Оптимизация
инерционно-форсирующего регулятора. 9

2.2  Оптимизация PID-регулятора. 17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 24

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 25

Введение:

Для управления заданными объектами используются регуляторы.
Системы с регуляторами зачастую являются замкнутыми. Обычно замкнутые системы
автоматического регулирования работают по принципу отклонения. Это значит, что
в схеме присутствует обратный канал, по которому информация о состоянии
регулируемой величины передается на вход элемента сравнения. Затем этот сигнал
подается на регулятор, который в зависимости от своих настроек, создает
управляющее воздействие на объект управления. Вследствие этого выходной сигнал
объекта управления изменяется, а регулятор следит за тем, чтобы отклонения от
заданного значения было минимальным.

Регуляторы бывают разные, например, пропорциональный,
интегральный, дифференциальный, пропорционально-дифференциальный и пр.

Важным и сложным процессом является подбор параметров
регулятора. Для этого существует уже много методик и инструментальных средств.

В данной работе будет произведен подбор и оптимизация параметров инерционно-форсирующего и
ПИД-регулятора, генерирующего
сигнал управления на заданный объект управления.

Заключение:

В курсовой работе была
освоена  методика  оптимального  выбора параметров  регулятора 
системы  автоматического  управления 
на  основе моделирования.

В результате было
выполнено оптимизацию параметров инерционно-форсирующего и ПИД-регулятора.

Для расчета
параметров регуляторов были использованы такие инструментальные средства:
Matlab, Simulink, Excel.

Фрагмент текста работы:

1 Постановка 
задачи

Дана  система  автоматического  управления, 
структура  которой представлена на
рисунке 1.1. Рисунок 1.1 – Система управления с обратной связью 1) Динамические  свойства 
системы  управления  описываются следующими передаточными
функциями:

Объект управления:

,

где Kо – коэффициент передачи объекта управления;

Tо – постоянная времени объекта
управления;

 – коэффициент
демпфирования колебаний объекта управления;

Регулятор:

,

где Kр – коэффициент усиления регулятора;

Тин
– постоянная времени инерционного звена регулятора;

Тф
– постоянная времени форсирующего звена регулятора;

Измеритель: Устройство сравнения:

,

где е – ошибка
управления;

y0
– задающее воздействие;

y* –  измеренное  значение 
выходной  координаты  объекта управления;

Уравнение регулятора: где u – управляющее воздействие на
объект управление;

Уравнение объекта
управления: где y – выходная координата объекта управления;

Уравнение измерителя:

. 2) Дифференциальные
уравнения, описывающие процессы в системе:

уравнение объекта регулирования

;

уравнение регулятора

;

уравнение отрицательной обратной связи

. 3) Для  решения 
задачи  моделирования  необходимо 
перейти  от дифференциальных
уравнений к уравнениям в пространстве состояний:

уравнения состояния объекта регулирования

,

;

, .

уравнение состояния регулятора

;

уравнение отрицательной обратной связи

. 4) Рекуррентные
соотношения  расчета  процессов 
в  системе:

рекуррентные соотношения для объекта
регулирования, полученные на основе дискретизации уравнений состояния явным
методом Эйлера

;

;

рекуррентные 
соотношения  для  регулятора, 
полученные  на  основе дискретизации уравнений состояния
неявным методом Эйлера

;

уравнение отрицательной обратной связи

. Заданы параметры:

Ko=4; To=69c;
z=0,5

Получаем