Проектирование системы автоматического управления

Содержание.

1.Анализ системы.................................................................................................4

1.1 Исследование устойчивости...................................................................4

1.2 Построение АЧХ, ФЧХ, АФЧХ..............................................................7

1.3 Численные методы интегрирования........................................................9

1.4 Анализ системы с использованием спектрального метода (базис Лягерра)................................................................................................................13

2. Синтез регулятора...........................................................................................17

3. Синтез робастного регулятора матричным методом...................................19

Приложение..........................................................................................................22

Литература............................................................................................................33

у(t) x(t)

- -

Рис. 1. Структурная схема заданной САУ

Данные:

1 . Анализ системы.

1.1 Исследование устойчивости.

- передаточная функция

- характеристический полином

Рис. 2. Характеристический полином.

имеет 1 действительный корень и 2 комплексных.

Уравнение решается методом Стеффенсена.

Метод Стеффенсена.

Начальное приближение для нахождения действительного корня.

На рис.3. изображено значение корня от итерации.

Рис.3. Динамика изменения корня в зависимости от итерации.

Подставим в (*).

Корни характеристического уравнения

Полюса передаточной функции находятся в левой полуплоскости. Система устойчива. Система будет колебательной т.к. корни имеют мнимую часть

Построение АЧХ, ФЧХ, АФЧХ.

Годограф АФЧХ.

Рис.4. АФЧХ

График АЧХ

Рис.5. АЧХ

График ФЧХ

Рис.6. ФЧХ

1.2 Построение переходного процесса численным методом.

Для решения дифференциального уравнения используется многошаговый, неявный метод второго порядка, интерполяционная схема Адамса.

В неявных методах используется информация о возможном будущем значении решения в точке п+1. Это несколько повышает точность получаемых результатов по сравнению с явными методами.

Погрешность

При решении уравнения высокого порядка необходимо перейти к нормальной форме Коши.

нормальная форма Коши имеет вид

Разгонный метод Рунге – Кутта 5.

Дифференциальное уравнение системы.

Рис.7. Переходная функция найденная численным методом и точная

Рис.8. Переходная функция найденная численным методом и точная при

Рис.9. Переходная функция найденная численным методом и точная

Заключение: из графиков видно, что наибольшая погрешность возникает в самом начале процесса интегрирования.

При погрешность значительно вырастает.

1.3 Анализ спектральным методом системы по базису функций Лягерра.

Разложим ядра интегрального уравнения в ряды Фурье по базису функций Лягерра.

функции Лягерра.

Выбираем

Дифференциальное уравнение системы.

Спектральная характеристика системы определяется по формуле

Спектр выходного сигнала системы:

Спектральная характеристика системы:

Рис.10. Переходная функция, построенная спектральным методом

Рис.11. Реакция на

Фазовый сдвиг

2. Синтез регулятора

Так реальная переходная характеристика системы не удовлетворяет поставленным требованиям , необходимо произвести коррекцию системы. В качестве корректирующего устройства ПИД –регулятор .

Эталонная переходная характеристика

Необходимо минимизировать следующую целевую функцию.

Метод оптимизации Дэвидона, Флетчера, Пауэла.

Согласно данному методу минимум ищется в направлении

- ищется на каждом шаге мини минимизацией

- некоторая симметричная положительно определённая матрица, которая при переходит в матрицу Гессе. Обычно при

достоинства этого метода высокая скорость сходимости, простота вычисления

- будем искать методом золотого сечения.

Параметры регулятора:

Рис.12. Графики переходных характеристик системы

3. Синтез робастного регулятора матричным методом.

Одним из возможных и перспективных способов решения задачи синтеза регуляторов является использования метода матричных операторов. Достоинством данного метода является возможность его применения для различных классов систем, в том числе нелинейных и нестационарных.

Рассмотрим линейную систему без неопределенности, описываемую в форме матричных операторов:

Очевидно, что для линейной системы без неопределенности справедливы следующие зависимости: ; ; .

Получаем следующую формулу расчета спектральной характеристики выходного сигнала:

Спектральная характеристика невязки между эталонной и реальной переходными характеристиками имеет вид:

,

где – варьируемые параметры корректирующих устройств, подлежа

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать