Циглер-Никольс тәсілі бойынша реттегіштердің баптауларында бірконтурлы автоматты реттеу жүйелерінде өтпелі процестерін зерттеу және компьютерлік моделдеу

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі

М. О. Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан университеті

«Ақпараттық технологиялар және энергетика»

жоғары мектебі

Пәні: "Автоматтандырылған басқару жүйелері"

Зертханалық жұмыс

Тақырыбы: «Циглер-Никольс тәсілі бойынша реттегіштердің баптауларында бірконтурлы автоматты реттеу жүйелерінде өтпелі процестерін зерттеу және компьютерлік моделдеу»

Қабылдаған: Сатбаева Ж.

Тобы: ИП-17-5к1

Орындаған: Ыбрай Қадыржан

Шымкент 2020 жыл

Зертханалық жұмыс №3 «Циглер-Никольс тәсілі бойынша реттегіштердің баптауларында бірконтурлы автоматты реттеу жүйелерінде өтпелі процестерін зерттеу және компьютерлік моделдеу» 3. 1 Жұмыстың мақсаты

Аналогты бірконтурлы автоматты реттеу жүйесінің (АРЖ) өтпелі процестерінің сапасын зерттеу және компьютерлік моделдеу және Циглера-Никольс әдісі бойынша бірконтурлы АРЖ баптауларын есептеу методикасын практика жүзінде игеру оқу-зерттеу лабораториялық жұмыстың мақсаты болып табылады [1, 2] . №3 зертханалық жұмыста реттегіштердің баптауларын анықтаушы эксперименталды тәсілі, ал №4 зертханалық жұмыста реттегіштердің баптауларын анықтаушы аналитикалық тәсілі қолданылады.

Зертханалық жұмыс дербес компьютерді және диалог режимінде жұмыс істейтін IBM PC үшін орындалған АLAB1, АLAB5 және АLAB11 стандартты бағдарламмаларын қолдану арқылы орындалады. Ол бағдарламмалардың орнына студенттің өзі дайындаған немесе Mahtcad жүйесінде дайындаған бағдарламмаларын да қолдануға болады. Зертханалық жұмыстың бастапқы мәліметтерін №1 зертханалық жұмыс нәтижелерін қолданады.

Әрбір жұмысты орындауға 4 сағат аудиториялық және 4 сағат өзбетінше жұмыс қажет етіледі.

3. 2 Тапсырма

3. 2. 1 №3 зертханалық жұмыс үшін

тапсырманың методикалық шешімімен танысу;
АLAB5 бағдарламасын қолдана отырып, яғни қоздырушы канал бойынша беріліс функциясы (4) түрдегі тұйықталған АРЖ жұмысының имитациялаушы бағдарлама арқылы, жүйені тұрақтылық шегіне жеткізу;
П, ПИ және ПИД - реттегішінің баптауларының параметрлерін анықтау;
АLAB5 бағдарламасын қолданып АРЖ-да өтпелі процесті модельдеу;
өтпелі процес гафигін тұрғызу және оның сапасына талдау жасау;
зертханалық жұмыс есебін безендендіріп және қорғау.

3. 2. 2 №3 зертханалық жұмыс үшін

тапсырманың методикалық шешімімен;
№1 зертханалық жұмыста анықталған объектің беріліс функциясын W(p) қолдана отырып объекттің Aоб- АЖС және ϕоб- ФЖС аналитикалық теңдігін анықтау;
П-реттегіштің жиілік және баптауының шектік мәнін анықтау;
П, ПИ және ПИД - реттегішінің баптауларының параметрлерін анықтау;
тұйықталған АРЖ беріліс функциясы арқылы қоздырушы және тапсырма каналы бойынша АLAB1 бағдарламасын қолданып АРЖ-да өтпелі процесті модельдеу;
өтпелі процес гафигін тұрғызу және оның сапасына талдау жасау;
зертханалық жұмыс есебін безендендіріп және қорғау.

3. 3 Теориялық кіріспе. Тапсырманың берілуі

Жұмысты істеу барысында құрылымдық схемасы сурет 3. 1 көрсетілгендей бірконтурлы АРЖ зерттеу жүргізіледі.

Объекттің беріліс функциясы мынадай түрде болады:

(1)

Мысалы, «аудандар тәсілі» қолданған жағдайда (b ₁ =a ₁ =1) [3, 4, 7] это:

, немесе (2)

(3)

Сурет 3. 1 - Бірконтурлы АРЖ құрылымдық схемасы

U - жүйенің кірісі (басқарушы параметр) ; X - жүйенің шығысы (параметр жағдайы, өлшеу нәтижесі) ; X*- реттегішке тапсырма (уставка) ; S- реттегіштер баптаулары (S _П ; S _И ; S _Д ) ; РО - реттеуіш орган; Д- датчик.

Немесе қысқартылған варианты (тек №3 зертханалық жұмыс үшін) :

(4)

Мұндағы: С - объекттің күшейту коэффициенті; a _i , b _i , n, m - константалар; τ - кешігу уақыты, Т - объекттің уақыт тұрақтысы. Бұл параметрлердің мәнін №1 зертханалық жұмысты ордау барысында анықталынған [6] .

Реттегіштің мына түрдегі беріліс функциясы қолданылады:

. (5)

Мұндағы S _П ; S _И ; S _Д - сәйкесінше П, И, Д - құрамының баптаулары, олар осы зертханалық жұмыс орындау барысында есептеу нәтижелерімен анықталынады.

Зерттеудің соңғы мақсаты төменде көрсетілген тұйықталған АРЖ беріліс функциясыда өтпелі процесті имитациялық модельдеу болып табылады. :

, (6)

Егер кірісі ретінде U, ал шығысы ретінде Х қабылданса (яғни қоздырушы әсер РО жағынан берілсе, ал реттегіш Х шығысын X* тапсырма мәніне келуін қамтамасыз ету қажет), немесе мынадай түрдегі тапсырма каналы бойынша:

(7)

Егер кірісі ретінде X*, ал шығысы ретінде Х қабылданса (яғни реттегіштің Х* тапсырмасы өзгерген және ол Х шығысының мәні жаңа X* тапсырма мәніне тең мәнге ие болуын қамтамасыз ету қажет) .

Зерттеу барысында, S _П ; S _И ; S _Д реттегіштерінің баптауларын есептеп болғаннан кейін, компьютермен диолог жасай отырып бере білу қажет:

W(р) және R(р) кіретін параметрлер мәнін;
Wзам(р) түрін;
Т1, ТК, ∆Т мәндерін;
кірісіндегі текпешекті әсердің амплитудасы ∆U шамасын;

Зерттеудің соңғы мақсаты П, ПИ және ПИД -реттегіштерімен тұйықталған АРЖ -де өтпелі процестің сапасын талдау жасау болып табылады. Сапалық кретериялар ретінде мыналарды қолдануға болады:

өтпелі процестің уақыты Tp;
тербеліс дәрежесі m;
қайта реттелу η;
сапаның интегралды көсеткіштері.

Реттеудің статистикалы дәлдігі X _ст мәнін студент өзі таңдайды.

3. 4 Циглер-Никольс тәсілі бойынша баптауларды есептеудің теориялық негізі

Сөнбейтін тербелістер тәсілі (Циглер-Никольс тәсілі) реттегіштердің баптауларын есептеудің жуықтап есептеу тәсілдеріне жатады. Бұл тәсіл қолдануы өте қарапайым және сандық АРЖ есептеулеріне де қолдануға болады.

Тәсілдің негізгі ойы - басынан бастап тек П-реттегішті қолданылады деп есептелінеді, S _П мәнін өзгерте отырып, тұйық АРЖ тұрақтылық шекарасында жататындай етіп баптайды. Баптауларды эмпирикалық формулаларды пайдалану арқылы есептейді. Осыған байланысты: S _И =0 және S _Д =0 деп қабылдайды, содан соң S _П * шектік мәнін және осы мәнге сәйкес шектік жиілік есептеп немесе тәжірибелер негізінде анықтайды ω*, осы екі шама жүйені тұрақтылық шекарасына шығарады (яғни S _П = S _П * АРЖ шығысында Х өшпейтін тербелістер пайда болғандағы сол мәнін есептейді), содан соң S _П * мен ω* мәндер негізінде кесте 3. 1 формулалар бойынша S _П ; S _И ; S _Д есептейді:

S _П *=10. 65

ω*=2П/Т*=6, 28/19=0, 33

Кесте 3. 1

Баптауларды есептеу формулалары

Закон

регулирования

S _П

S _И

S _Д

Законрегулирования: ПИД

SП: 0. 6⋅10, 65=6, 39

SИ: 0. 192⋅10, 65*0, 33=0, 674

SД: 0. 471⋅10, 65/0, 33=1, 655

Законрегулирования: ПИ

SП: 0. 45⋅10, 65=4, 79

SИ: 0. 086⋅10, 65*0, 33=0, 302

SД: ---

Законрегулирования: П

SП: 0. 5⋅10, 65=5, 325

SИ: ---

SД: ---

3. 5 №3 зертханалық жұмысты орындау тәртібі. Циглер-Никольс тәсілі бойынша реттегіштердің баптауларында бірконтурлы автоматты реттеу жүйелерінде өтпелі процестерін сапасын ЭЕМ-де зерттеу. Баптауларды эксперименталды анықтау

Бұл баптауларды есептеу тәсілі өте қарапайым, егер технологиялық процестің өтуіне ену мүмкіндігі болып және оны тұрақты жұмысының шегіне жеткізу мүмкіндігі болса практикада қолдануға болады. Зертханалық жұмыс АLAB5 бағдарламасын қолдану арқылы орындалады. W(p) беріліс функциясының қысқартылған мынадай түрі қолданылады (4) . Бағдарламаны қосу барысында монитор экранында бақылаушы мысал ретінде С = 0. 7, Т = 6, τ = 5, яғни W(p) беріліс функциясының қысқартылған түрін қолдана отырып өтпелі процестің имитациялы моделдеуінің нәтижесі көрініп тұрады:

(8)

Сурет 3. 2 ALAB5 бағдарламасының экранда көрсетілген W(p) беріліс функциясының (8) анықталған автотербелістік режімінің мысалы келтірілген.

Экранда үш график көрсетілген:

үздіксіз сызық - жұмыс істеп тұрған АРЖ-не ∆U әсері берілгендегіобъект шығысыХ көрсетілген;
нүктелер арқылы реттегіш ажыратылған жағдайдағыобъект шығысыХ көрсетілген;
сатылы сызықтар арқылы жұмыс істеп тұрған АРЖ-де UРреттегіш шығысыкөрсетілген.

Экранның оң жоғарғы бөлігінде мынадай мәндер шығарылған:

бастапқы мәліметтер - W(p) және R(p) параметрлері; ТО- датчиктерден сұраныс периоды; N - уақыт бойынша графиктің нүктелер саны; Х*; ∆U;
өтпелі процестің негізгі сапалық көрсеткіштері - максималды және минималды Х шығысының мәні; интегралды квадраттық бағалау SU2және SЕ2.

alab5-2

Сурет 3. 2 - ALAB5 бағдарламасымен жұмыс істеу барысында экранның түрі: автотербелістік режим

Бағдарламамен жұмысты жалғастыру үшін мынадай режимдерді таңдауға болады:

Процесс - бастапқы мәліметтерді өзгерту.

Таблица - X _i , U _i , ε _i кестелік мәндерін экранға шығару.

Конец - жұмысты аяақтау.

№3 жұмысты орындау алгоритмі мынадай :

әдістемелік нұсқаумен және ұсынылған әдебиеттермен танысып, негізгі теоретикалық мәліметтерді конспектілеу;
оқытушыдан жұмыс істеуге жіберілуге рұқсат алу;
АLAB5 бағдаламасын іске қосу;
Процессбөлімін таңдау;
Бастапқы мәліметтерді өзгерту: SИ=0 және SД=0 орнату; жуықтап ойдан SПмәнін беру; №1 жұмыста алынған С. Т және τ мәндерін енгізу; N (50. . 200), ∆U мәдерін енгізу;
Алынған графикке талдау жасау, егер автотербелістік режимге қол жеткізілсе (сурет 3. 1 мысалға қара), онда 10 пунктке өту қажет;
Процессбөлімін таңдау;
SПмәнін өзгерту;
4 пунктке өту;
SП* мәнін жазып алу;
Таблицабөлімін таңдау;
Т*периодын анықтау, Х шығысының қатар максималды мәндерін арасындағы уақыт көсеткішіне қарай анықтау;
Бағдарламамен жұмысты аяақтау;
ω*=2⋅π/ Т*есептеу;
П, ПИ және ПИД реттегіштері үшін кесте 3. 1 формулалар бойынша баптауларды есептеу.
АLAB5 бағдарламасын іске қосу;
Процессбөлімін таңдау;
Бастапқы мәліметтер С. Т және τ мәндерін және есептелген SП; SИ; SДенгізу; N (50. . 200), ∆U мәдерін енгізу;
Х графигінің түрін талдау, егер өтпелі процес сөнбейтін болса, онда бастапқы мәліметтерді тексеріп және 1 немесе 10 пунктен бастап жұмысты қайта орындау;
Таблицабөлімін таңдау;
Хi, Ui, SU2және SX2мәндерін жазып алу;
ПИ реттегіші үшін 14 пункттен бастап қайталап орындау;
П реттегіші үшін 14 пункттен бастап қайталап орындау;
Бір масштабта X(t) мен U(t) және П, ПИ, ПИД реттеу заңдары үшін бір сызбада графиктерін тұрғызу;
Xстстатикалық қателік мәнін беріп және әрбір X(t) графигіне Tрреттеу уақытын анықтау;
Tр, SU2және SE2мәндерін талдай отырып реттеудің жеткен сапасына қорытынды жасау;
жұмыс есебін безендіру және бақылау сұрақтарына жауап дайындау;
жұмысты қорғау.