Расчет настроек автоматического регулятора 2

Министерство общего и профессионального образования РФ
Пермский государственный технический университет
Березниковский филиал

Курсовая работа

по предмету Автоматизация технологических процессов и
производств.
Тема Расчет настроек автоматического регулятора.

Выполнил ст-т гр. АТП-93
Панкина Н.В.
Проверил Бильфельд Н. В.

г. Березники, 1998

Содержание.

1. Координаты кривых разгона.
1.1 Схемы для Ремиконта.
1.2 Координаты и график кривой разгона по возмущению.
1.3 Координаты и график кривой разгона по заданию.
1.4 Координаты и график кривой разгона по управлению.
2. Интерполяция по 3 точкам.
2.1 Линейное сглаживание и график кривой разгона по возмущению.
2.2 Линейное сглаживание и график кривой разгона по заданию.
2.3 Линейное сглаживание и график кривой разгона по управлению.
3. Нормирование кривых разгона.
3.1 Нормирование кривой разгона по возмущению.
3.2 Нормирование кривой разгона по заданию.
3.3 Нормирование кривой разгона по управлению.
4. Аппроксимация методом Симою.
4.1 По возмущению.
4.2 По заданию.
4.3 По управлению.
5. Проверка аппроксимации методом Рунге — Кутта.
5.1 По возмущению.
5.2 По заданию.
5.3 По управлению.
5.4 Сравнение передаточных функций.
5.5 Сравнение кривых разгона.
6. Расчет одноконтурной АСР методом Роточа.

Координаты кривой разгона

С помощью программы связи ЭВМ с контроллером снимаем координаты кривой разгона.
Для этого сначала поочередно программируем Ремиконт
1. по возмущению
2. по заданию
3. по управлению

объект 2-го порядка
01 1.1 21 1.2 21 1.3
313 311 312
1 11 1 11 1 11

Н1=-100 Н1=-100 Н1=-100
Н2=100 Н2=100 Н2=100
к6= к6=1 к6=1
Т1= Т1= Т1= по заданию

Т1= Т1= Т1= по возмущению

Объект 3-го порядка с запаздыванием по управлению

01 1.1 21 1.2 21 1.3 21 1.4 26 1.5
315 311 312 313 314
1 11 1 11 1 11 1 11 1 11
Т1= Т1= Т1= Т1= Т1=

В программе тренды меняя задание добиваемся устойчивости систем.
После того как системы установились приступаем к проведению эксперемента. Для этого устанавливаем алгоблок 11 с которого будем снимать кривую разгона, алгоблок 11 на который будем подавать скачек, амплитуду скачка 10 и интервал времени 0,5.
После просмотра полученных точек кривых разгона удаляем одинаковые.
И строим соответствующие графики.

Координаты и график кривой разгона по возмущению.

1
0,0000
30,0000

2
1,0000
30,2000

3
2,0000
31,5000

4
3,0000
32,6000

5
4,0000
33,7000

6
5,0000
35,2500

7
6,0000
36,1000

8
7,0000
36,8500

9
8,0000
37,4500

10
9,0000
38,2000

11
10,0000
38,5500

12
11,0000
38,8500

13
12,0000
39,2000

14
13,0000
39,4000

15
14,0000
39,5500

16
15,0000
39,6500

17
16,0000
39,7500

18
17,0000
39,8000

19
18,0000
39,8500

20
19,0000
39,9000

21
20,0000
39,9500

22
21,0000
39,9500

23
22,0000
39,9500

24
23,0000
40,0000

Координаты и график кривой разгона по заданию.

1
0,0000
50,0000

2
1,0000
50,1500

3
2,0000
51,0000

4
3,0000
51,8000

5
4,0000
52,6500

6
5,0000
53,5000

7
6,0000
54,7000

8
7,0000
55,4000

9
8,0000
56,1000

10
9,0000
56,9000

11
10,0000
57,4000

12
11,0000
57,8000

13
12,0000
58,1500

14
13,0000
58,6000

15
14,0000
58,8500

16
15,0000
59,0500

17
16,0000
59,2500

18
17,0000
59,4000

19
18,0000
59,5000

20
19,0000
59,6500

21
20,0000
59,7000

22
21,0000
59,7500

23
22,0000
59,8000

24
23,0000
59,8500

25
24,0000
59,9000

26
25,0000
59,9000

27
26,0000
59,9500

28
27,0000
59,9500

29
28,0000
59,9500

30
29,0000
59,9500

31
30,0000
60,0000

Координаты и график кривой разгона по управлению.

1
0,0000
40,0000
21
20,0000
47,4000

2
1,0000
40,0000
22
21,0000
48,0000

3
2,0000
40,0000
23
22,0000
48,4500

4
3,0000
40,0000
24
23,0000
48,8000

5
4,0000
40,0000
25
24,0000
48,8000

6
5,0000
40,0000
26
25,0000
49,1000

7
6,0000
40,0000
27
26,0000
49,3500

8
7,0000
40,0000
28
27,0000
49,5000

9
8,0000
40,0000
29
28,0000
49,5000

10
9,0000
40,2500
30
29,0000
49,5000

11
10,0000
40,9000
31
30,0000
49,7000

12
11,0000
40,9000
32
31,0000
49,8000

13
12,0000
41,8000
33
32,0000
49,8000

14
13,0000
42,8500
34
33,0000
49,8500

15
14,0000
43,9500
35
34,0000
49,9000

16
15,0000
44,9500
36
35,0000
49,9500

17
16,0000
44,9500
37
36,0000
49,9500

18
17,0000
45,9000
38
37,0000
49,9500

19
18,0000
46,7500
39
38,0000
49,9500

20
19,0000
47,4000
40
39,0000
50,0000

Интерполяция по трем точкам.

В программе ASR, пользуясь пунктом “интерполировать по 3-м” поочередно считаем кривые разгона и строим соответствующий график.
Линейное сглаживание и график кривой разгона по возмущению.

1
0,0000
29,8167

2
1,0000
30,5667

3
2,0000
31,4333

4
3,0000
32,6000

5
4,0000
33,8500

6
5,0000
35,0167

7
6,0000
36,0667

8
7,0000
36,8000

9
8,0000
36,5000

10
9,0000
38,0667

11
10,0000
38,5333

12
11,0000
38,8667

13
12,0000
39,1500

14
13,0000
39,3833

15
14,0000
39,5333

16
15,0000
39,6500

17
16,0000
39,7333

18
17,0000
39,8000

19
18,0000
39,8500

20
19,0000
39,9000

21
20,0000
39,9333

22
21,0000
39,9500

23
22,0000
39,9667

2 4
23,0000
39,9917

Линейное сглаживание и график кривой разгона по заданию.

1
0,0000
49,8833

2
1,0000
50,3833

3
2,0000
50,9833

4
3,0000
51,8167

5
4,0000
52,6500

6
5,0000
53,6167

7
6,0000
54,5333

8
7,0000
55,4000

9
8,0000
56,1333

10
9,0000
56,8000

11
10,0000
57,3667

12
11,0000
57,7833

13
12,0000
58,1833

14
13,0000
58,5333

15
14,0000
58,8333

16
15,0000
59,0500

17
16,0000
59,2333

18
17,0000
59,3833

19
18,0000
59,5167

20
19,0000
59,6167

21
20,0000
59,7000

22
21,0000
59,7500

23
22,0000
59,8000

24
23,0000
59,8500

25
24,0000
59,8833

26
25,0000
59,9167

27
26,0000
59,9333

28
27,0000
59,9500

29
28,0000
59,9667

30
29,0000
59,9833

31
30,0000
59,9833

Линейное сглаживание и график кривой разгона по управлению.

1
0,0000
40,0000
21
20,0000
48,4167

2
1,0000
40,0000
22
21,0000
48,6833

3
2,0000
40,0000
23
22,0000
48,9000

4
3,0000
40,0000
24
23,0000
49,0833

5
4,0000
40,0000
25
24,0000
49,3167

6
5,0000
40,0000
26
25,0000
49,4500

7
6,0000
40,0000
27
26,0000
49,5333

8
7,0000
40,0000
28
27,0000
49,6000

9
8,0000
40,0833
29
28,0000
49,7000

10
9,0000
40,6833
30
29,0000
49,7667

11
10,0000
41,2000
31
30,0000
49,8167

12
11,0000
41,8500
32
31,0000
49,8500

13
12,0000
42,8667
33
32,0000
49,9000

14
13,0000
43,9167
34
33,0000
49,9333

15
14,0000
44,6167
35
34,0000
49,9500

16
15,0000
45,2667
36
35,0000
49,9500

17
16,0000
45,8667
37
36,0000
49,9667

18
17,0000
47,1833
38
37,0000
49,9917

19
18,0000
47,6000
39
38,0000
49,9917

20
19,0000
47,9500
40
39,0000
50,0000

Нормирование кривых разгона.

С помощью программы ASR в пункте нормировать последовательно производим нормирование сглаженных кривых и упорядочиваем время начиная с 0,0000, с шагом 1.0
Нормированная кривая разгона по возмущению.

1
0,0000
0,0000

2
1,0000
0,0737

3
2,0000
0,1589

4
3,0000
0,2735

5
4,0000
0,3964

6
5,0000
0,5111

7
6,0000
0,6143

8
7,0000
0,6863

9
8,0000
0,7551

10
9,0000
0,8108

11
10,0000
0,8567

12
11,0000
0,8894

13
12,0000
0,9173

14
13,0000
0,9402

15
14,0000
0,9550

16
15,0000
0,9664

17
16,0000
0,9746

18
17,0000
0,9812

19
18,0000
0,9861

20
19,0000
0,9910

21
20,0000
0,9943

22
21,0000
0,9959

23
22,0000
0,9975

2 4
23,0000
1,0000

Нормированная кривая разгона по заданию.

1
0,0000
0,0000

2
1,0000
0,0494

3
2,0000
0,1086

4
3,0000
0,1909

5
4,0000
0,2733

6
5,0000
0,3687

7
6,0000
0,4593

8
7,0000
0,5449

9
8,0000
0,6173

10
9,0000
0,6831

11
10,0000
0,7391

12
11,0000
0,7802

13
12,0000
0,8198

14
13,0000
0,8543

15
14,0000
0,8840

16
15,0000
0,9053

17
16,0000
0,9235

18
17,0000
0,9383

19
18,0000
0,9514

20
19,0000
0,9613

21
20,0000
0,9745

22
21,0000
0,9794

23
22,0000
0,9909

24
23,0000
0,9926

25
24,0000
0,9942

26
25,0000
0,9942

27
26,0000
0,9975

2 8
27,0000
1,0000

Нормированная кривая разгона по управлению.

1
0,0000
0,0000
21
20,0000
0,7606

2
1,0000
0,0000
22
21,0000
0,7957

3
2,0000
0,0000
23
22,0000
0,8424

4
3,0000
0,0000
24
23,0000
0,8691

5
4,0000
0,0000
25
24,0000
0,8907

6
5,0000
0,0000
26
25,0000
0,9091

7
6,0000
0,0000
27
26,0000
0,9324

8
7,0000
0,0000
28
27,0000
0,9458

9
8,0000
0,0083
29
28,0000
0,9541

10
9,0000
0,0384
30
29,0000
0,9608

11
10,0000
0,0684
31
30,0000
0,9708

12
11,0000
0,1201
32
31,0000
0,9775

13
12,0000
0,1852
33
32,0000
0,9825

14
13,0000
0,2869
34
33,0000
0,9858

15
14,0000
0,3920
35
34,0000
0,9908

16
15,0000
0,4621
36
35,0000
0,9942

17
16,0000
0,5271
37
36,0000
0,9958

18
17,0000
0,5872
38
37,0000
0,9958

19
18,0000
0,6689
39
38,0000
0,9975

20
19,0000
0,7189
40
39,0000
1,0000

Аппроксимация методом Симою.

С помощью программы ASR в пункту аппроксимации последовательно считаем площади каждой из кривой разгона для последующего получения уравнения передаточной функции.

Для кривой разгона по возмущению для объекта второго порядка получаем следующие данные
Значения коэффициентов
F1= 6.5614
F2= 11.4658
F3= -4.5969
F4= -1.1636
F5= 44.0285
F6= -120.0300

Ограничимся второй площадью. F1>F2, тогда передаточная функция по возмущению для объекта второго порядка имеет вид
1
W(s)=—————————
2
11,4658s + 6.5614s + 1

Для кривой разгона по заданию для объекта второго порядка получаем следующие данные
Значения коэффициентов
F1= 9.5539
F2= 24.2986
F3= -16.7348
F4= -14.7318
F5= 329.7583
F6= -1179.3989

Ограничимся второй площадью , с учетом того что F1>F2. Тогда передаточная функция по управлению для объекта второго порядка имеет вид
1
W(s)=—————————-
2
24,2986s + 9.5539s +1

Для кривой разгона по заданию для объекта третьего порядка с запаздыванием получаем следующие данные
Значения коэффициентов
F1= 10.6679
F2= 38.1160
F3= 30.4228
F4= -46.5445
F5= 168.8606
F6= -33.3020

Ограничимся третьей площадью и учтем что каждая последующая площадь больше предыдущей. Тогда передаточная функция по заданию для объекта третьего порядка с запаздыванием имеет вид
1
W(s)=—————————————-
3 2
30,4228s + 38.1160s + 10.7769 + 1

Проверка аппроксимации методом Рунге — Кутта.

В программе ASR в пункте передаточная функция задаем полученные передаточные функции. И затем строим графики экспериментальной и аналитической кривых разгона (по полученной передаточной функции).

Для кривой разгона по возмущению.

Устанавливаем для проверки методом Рунге-Кутта конечное время 35,5с, шаг 0,5с.

Для кривой разгона по заданию.

Устанавливаем конечное время 55с, шаг 0,5с.

Для кривой разгона по управлению.

При задании передаточной функции учитываем чистое запаздывание 0,08с.
Устанавливаем конечное время 39с, шаг изменения 0,5с.

Получили, что кривые разгона практически одинаковы, следовательно аппроксимация методом Симою сделана верно.
Для объекта второго порядка по возмущению имеем погрешность метода около 25%, по заданию — около 15%, а для объекта третьего порядка с запаздыванием по управлению — около 5%.

Сравним экспериментальные и исходные передаточные функции

объект исходная экспериментальная
передаточная передаточная
функция функция

второго порядка 1 1
по возмущению W(s)= ——————— W(s)= ——————————
2 2
0.01s + 0.2s + 1 11.465s + 6.5614s +1

второго порядка 1 1
по заданию W(s)= ———————— W(s)= ——————————
2 2
0.4489s + 1.34s +1 24.2986s + 9.5539s +1

третьего порядка 1000 1
с запаздыванием W(s)= ————————————- W(s)= ————————————-
по управлению 3 2 3 2
4.2188s + 168.75s + 2250s + 1 30.4228s + 38.116s + 10.7769s + 1

Полученные значению передаточных функций отличают на 1000 — 7500, что говорит о достаточно большой погрешности между фактическими и экспериментальными данными.

Для исходных передаточных функций с помощью программы ASR, пунктов аппроксимация (создать передаточную функцию и изменить время) получим координаты кривых разгона и сравним их с экспериментальной кривой
1. по возмущению

0,0000
0,0000

0,1000
0,2917

0,2000
0,6094

0,3000
0,8066

0,4000
0,9099

0,5000
0,9596

0,6000
0,9824

0,7000
0,9925

0,8000
0,9968

0,9000
0,9987

1,0000
0,9995

1,1000
0,9998

1,2000
0,9999

1,3000
1,0000

2. по заданию

1
0,0000
0,0000
17
4,0000
0,9822

2
0,2500
0,0547
18
4,2500
0,9871

3
0,5000
0,1723
19
4,5000
0,9907

4
0,7500
0,3083
20
4,7500
0,9933

5
1,0000
0,4399
21
5,0000
0,9951

6
1,2500
0,5565
22
5,2500
0,9965

7
1,5000
0,6549
23
5,5000
0,9975

8
1,7500
0,7350
24
5,7500
0,9982

9
2,0000
0,7987
25
6,0000
0,9987

10
2,2500
0,8484
26
6,2500
0,9991

11
2,5000
0,8867
27
6,5000
0,9993

12
2,7500
0,9158
28
6,7500
0,9995

13
3,0000
0,9378
29
7,0000
0,9997

14
3,2500
0,9542
30
7,2500
0,9998

15
3,5000
0,9665
31
7,5000
0,9999

16
3,7500
0,9755
32
7,7500
1,0000

3. по управлению

Сравнивая экспериментальные и фактические кривые разгона видим, что они отличаются очень сильно. Фактическая кривая разгона приходит к 1 на много быстрее, чем экспериментальная.

Расчет АФХ передаточных функций.

1. Объект второго порядка по возмущению
а) экспериментальная

1
1,0000
0,0000
34
-0,3751
-0,5372
68
-0,1944
-0,0241

2
1,0211
-0,0678
35
-0,3828
-0,5004
69
-0,1891
-0,0210

3
1,0360
-0,1397
36
-0,3877
-0,4653
70
-0,1839
-0,0182

4
1,0438
-0,2150
37
-0,3903
-0,4320
71
-0,1790
-0,0155

5
1,0440
-0,2927
38
-0,3909
-0,4006
72
-0,1741
-0,0131

6
1,0359
-0,3720
39
-0,3897
-0,3709
73
-0,1695
-0,0108

7
1,0191
-0,4516
40
-0,3871
-0,3431
74
-0,1650
-0,0087

8
0,9935
-0,5304
41
-0,3832
-0,3170
75
-0,1606
-0,0067

9
0,9591
-0,6072
42
-0,3783
-0,2927
76
-0,1564
-0,0049

10
0,9161
-0,6805
43
-0,3725
-0,2699
77
-0,1524
-0,0032

11
0,8649
-0,7492
44
-0,3661
-0,2488
78
-0,1484
-0,0017

12
0,8062
-0,8121
45
-0,3592
-0,2291
79
-0,1446
-0,0003

13
0,7408
-0,8681
46
-0,3518
-0,2108
80
-0,1410
0,0011

14
0,6700
-0,9163
47
-0,3442
-0,1939
81
-0,1374
0,0023

15
0,5948
-0,9560
48
-0,3363
-0,1781
82
-0,1340
0,0034

16
0,5166
-0,9868
49
-0,3283
-0,1636
83
-0,1306
0,0045

17
0,4367
-1,0085
50
-0,3202
-0,1501
84
-0,1274
0,0055

18
0,3565
-1,0211
51
-0,3121
-0,1376
85
-0,1243
0,0064

19
0,2774
-1,0249
52
-0,3040
-0,1260
86
-0,1213
0,0072

20
0,2003
-1,0203
53
-0,2960
-0,1153
87
-0,1184
0,0079

21
0,1265
-1,0081
54
-0,2880
-0,1054
88
-0,1156
0,0086

22
0,0567
-0,9890
55
-0,2802
-0,0962
89
-0,1128
0,0093

23
-0,0083
-0,9640
56
-0,2726
-0,0877
90
-0,1102
0,0099

24
-0,0680
-0,9339
57
-0,2651
-0,0799
91
-0,1076
0,0104

25
-0,1222
-0,8997
58
-0,2577
-0,0726
92
-0,1052
0,0109

26
-0,1708
-0,8924
59
-0,2505
-0,0659
93
-0,1028
0,0114

27
-0,2136
-0,8228
60
-0,2435
-0,0597
94
-0,1004
0,0118

28
-0,2509
-0,7817
61
-0,0237
-0,0540
95
-0,0982
0,0122

29
-0,2829
-0,7399
62
-0,2301
-0,0487
96
-0,0960
0,0126

30
-0,3098
-0,6978
63
-0,2237
-0,0437
97
-0,0939
0,0129

31
-0,3322
-0,6562
64
-0,2175
-0,0392
98
-0,0918
0,0132

32
-0,3502
-0,6153
65
-0,2114
-0,0350
99
-0,0898
0,0134

33
-0,3644
-0,5756
66
-0,2056
-0,0311
100
-0,0879
0,0134

67
-0,1999
-0,0275

б) фактическая
2. Объект второго порядка по заданию.

а) экспериментальная

б) фактическая

3. Объект третьего порядка с запаздыванием по управлению
а) экспериментальная

б) фактическая

Расчет одноконтурной АСР методом Роточа.

В программе Linreg задаем параметры объекта с учетом оператора Лапласса.