Файл қосу
Программалы басқару жүйелері
|ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БIЛIМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛIГI |
|СЕМЕЙ ҚАЛАСЫНЫҢ ШӘКӘРIМ АТЫНДАҒЫ МЕМЛЕКЕТТIК УНИВЕРСИТЕТI |
|3 деңгейлі СМЖ құжаты |ОӘК |ПОӘК |
| | |042-18-11.1.20.82/03-2013 |
|ПОӘК |№1 баспа | |
|«Типтік технологиялық |26.08.2013 ж. | |
|процестерді | | |
|автоматтандыру» пәнінің | | |
|оқу әдістемелік | | |
|материалдар | | |
«Типтік технологиялық процесстерді автоматтандыру» пәнінен
ОҚУ -ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ
050702 Автоматтандыру және басқару мамандығы үшiн
ОҚУ- ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАРЫ
Семей 2012
Мазмұны
1 Глоссарий
2 Дәрістер
3 Практикалық және зертханалық жұмыс
4 Курстық жұмыс
5 СӨЖ
1 ГЛОССАРИЙ
1.1 Технологиялық процесті жүргізу үшін басқару нысанына әсер ететін
тиімді ықпалды басқару дейді. Егер бұл басқару адамның қатысуынсыз жүзеге
асса , оны автоматты, ал адамның қатысуымен болса қолмен басқару деп
атайды.
1.2 Технологиялық процесті берілген қызмет алгоритмі бойынша өткізу
мақсатында нысанға сырттан берілетін арнайы нұсқаулар (ережелер) жиынтығын
басқару алгоритмі дейді.
1.3 Басқару нысанына басқару алгоритміне сәйкес әсерететін кез келген
техникалық құрылғы автоматты басқару құрылғысы делінеді.
1.4 Бір-бірімен байланысты және басқару алгоритміне сәйкес өзара
әрекеттесе жұмыс жасайтын автоматты құрылғысы мен басқару нысанының
жиынтығы автоматты басқару жүйесі (АБЖ) деп аталады.
1.5 Автоматты жүйенің бір бөлігінен келесі бөлігіне технологиялық
процестің бірқалыпты өтуін қамтамасыз ететін әрекеттің тізбекті желісін
құрайтын әсерді ішкі әсер деп атайды.
1.6 Статикалық сипаттама деп, тұрақталған режим кезіндегі
[pic]шамасының [pic]шамасына тәуелділігін айтады:
1.7 Динамикалық сипаттама элементтердің динамикалық режимде, яғни
кірістік шаманың шпашаң өзгерген сәттеріндегі жұмысын бағалау үшін
пайдаланылады.
1.8 Сезімталдық деңгей шығыстық шаманың айтарлықтай өзгерісі
байқалатын кірістік шаманың ең кіші мәні
1.9 Кіріс деп, сырттан жүйеге не құрылғыға, оның жеке бөліктеріне
тікелей әсер берілетін автоматты басқару жүйесінің әсер тізбегінің бөлігін
айтады.
1.10 Шығыс деп, автоматты жүйеде не оның элементерінде қызмет
алгоритміне сәйкес қалыптасқан әсерді сырт жаққа беретін автоматты басқару
жүйесінің әсер тізбегінің бөлігін айтады.
1.11 Жүйе тербелмелілігі ретелетін шаманың реттеу мерзімі кезіндегі
тербеліс санымен сипатталады.
1.12 Жанама бағалар деп өтпелі процестің жеке ерекшеліктерін
сипаттайтын кейбір шамаларды айтады.
1.13 Жорамал ось пен оған ең жақын жатқан түбір арасындағы
[pic]қашықтық жүенің орнықтылық қорын сипаттайды және осьі жүйенің
орнықтылық дәрежесі деп аталады.
1.14 автоматты реттеуіштер мен реттелу нысаны қосылып АРЖ-ны құрайды.
Автоматты реттеуіштер деп – реттелетін шаманы берілген деңгейде белгілі бір
дәлдікпен ұстап отыратын құрылғылар жиынтығын айтады.
2 ДӘРІСТЕР
Дәрістік сабақ құрылымы:
Дәріс 1. Автоматтандырудың локальды жүйесі жөнінде жалпы түсінік
Дәріс мазмұны:
Автоматтандырудың мақсаты технологиялық процестерді жүзеге асыру (ТП)
болып табылады. ТП деп технологиялық операциялардың жиынтығын айтады.
Тенологиялық нысаныды басқару – аппарат, агрегат немесе өнеркәсіпке
автоматтандырылған жүйені қосу деп аталады. Автоматты реттеу жүйесінің
динамикасын талдаумен байланысты кез-келген есепті шешу үшін ең алдымен
зерттелетін жүйенің математикалық бейнесін беру қажет. Оны төмендегі ретпен
жүргізеді:
1. Автоматты реттеу жүйесін (АРЖ) элементар буындарға бөледі)
2. Элементар буындардың қозғалыс теңдеуін құрады;
3. Қозғалыс теңдеулерді сызықтайды;
4. Өлшемсіз координаттар енгізеді.
Қозғалыс теңдеуі деп берілген кірістік координаттың уақыт бойынша
өзгеруіне сәйкес шығыс координаттық да уақыт бойынша өзгеруін анықтайтын
дифференциалдық теңдеуін айтады.Ішкі әсер ТНБ жұмысын бұзады, сондықтан
нормальды функционалданған жағдайды ұстап тұру үшін БТН бақылап (басқарып)
отыру қажет. Басқару процесі мынаны қарастырады:
1. БН ағымдағы жағдайы жөнінде ақпараттар жиыны.
2. Нысанның оптималды режимде функционалдау анықтамасы
3. Басқарушы әсерді есептеу
4. Оптималды басқаруды ұсыну
Автоматты басқару теориясындағы пайдаланылатын барлық мәселелерді екі
үлкен класқа біріктіруге болады-автоматты жүйелерді талдау және синтездеу
мәселелері.
Жүйені талдау деп – толық белгілі бір құрылымдық схемасы және берілген
параметрлері арқылы оның статикалық немесе динамикалық қасиеттерін атайды.
Жүйенің синтезі деп- автоматты реттеудің белгілі сапа көрсеткіштері
бойынша оның құрылымдық схемасын, элементтері арасындағы байланыстарды
анықтауды айтады.
Жалпы автоматты реттеу жүйесі бір-бірімен өзара байланысты реттелуші
нысанДмен реттеуші органнан тұрады. Бұл жүйені құрар алдында сериялық
жабдықтар каталогын реттеуші органды, орындаушы құрылғыны, датчикті таңдап
алады. Бұл элементтер реттелуші нысанменл бірге жүйенің
өзгермейтін(берілген) бөлігін құрайды. Соңынан, жүйенің статикалық және
динамикалық сипаттамаларына қойылатын талаптар негізінде оның фукнционалдық
және корректирлеуші құрылғылардан тұратын өзгемелі бөлігінанықтайды.
Корректирлеуші құрылғылар жүйенің контурына тізбектеле, параллель немесе
кері байланыс түрінде қосылып, оның динамикалық қасиеттерін жоғарлатуға
мүмкіндік туғызады.
Сонымен автоматты реттеу жүйесінің синтезі келесі кезеңдерден тұрады:
1. Реттеу нысаннының қасиеттерін талдау, статикалық және
динамикалық сипаттамаларын анықтау;
2. Реттеу жүйесін қанағатандыратын реттеу сапасының шарттарын,
оптималдау критерийлерін негіздеу және тұжырымдау;
3. Техникалық құралдарды таңдап алып, жүйенің құрылымдық схемасын
іске асыру;
4. Оптимал динамикалық сипаттамаларды синтездеу;
5. Оптимал режимді аппроксимациялау (жуықтау), яғни реттеу
спасымен жүйенің жұмысын іске асырудың техникалық тұрғыдағы
күрделі еместігі және оның сенімділігі арасындағы ымыраға келе
отыра, жүйенің қалаулы динамикалық сипаттамасын алу;
6. Бүкіл жүйенің қалаулы динамикалық сипаттамасын толығымен
қамтамасыз ететін корректирлеуші құрылғының динамикалық
сипаттамасын анықтау;
7. Корректирлеуші құрылғының схемасын, техникалық пайдалану жолын
және параметрлерін таңдап алу;
8. Қойылған талаптарға сай келетін алынған автоматты реттеу
жүйесінің схемасына талдау жүргізу.
Жалпы, автоматты реттеу жүйесінің қалаулы динамикалық сипаттамаларын арнайы
корректирлеу құрылғыларын қолдану арқылы алады, себебі мұндай
құрылығылардың параметрлерін жеңіл түрде тиімді өзгертіп отыруға болады.
Коррекциялау құрылғылары жүйедегі негізгі сигнал өтетін трактіге тізбектеле
немесе параллель қосылады. Параллель қосылған корректирлеу құрылғысымен
бүкіл жүйені немесе оның элементтерін жеке қамтуға болады. Тізбектеп
қосылған корректирлеу құрылғысы қателік сигналын түрлендіру және реттеу
заңын өзгерту үшін қолданылады.
Автоматты реттеуіштермен реттелу нысаны қосылып АРЖ құрайды. Автоматты
реттеуіштер деп- реттелетін шаманы берілген деңгейде белгілі бір дәлдікпен
ұстап отыратын құылғылар жиынтығын айтады. Реттеуіштің кірісіне реттелетін
шаманың нақты (y) және берілген мәндері(g) келіп түседі. Олардың арасындағы
айырымы (x) реттеуіштің шығыстық шамасының өзгерісін тудырады:
U=f(g-y)=f(x).
Автоматты реттеу жүйесіндегі реттеуіштің негізгі міндеті реттеу
қатесін (x) анықтап, реттеуші ықпалды (U) тудыру болып табылады. Реттеуіш
элементтерінің инерциялығын ескермегендегі (x) кірістік және (U) шығыстық
шамалардың арасындағы тәуелділік реттеу заңын тұжырымдайды. Реттеуіштер
пайдаланатын энергиясына, реттелетін шама түріне, уақыт бірлігіндегі
байланыс сипатына, қосалқы энергия көзінің бар жоқтығына т. б. Белгілеріне
қарай жіктеледі.
Уақыт бірлігіндегі байланыс сипаты бойынша реттеуіштер дискретті және
үзіліссіз болады. Дискретті реттеуіштерде кірістік шаманың үзіліссіз
өзгерісіне реттелетін ықпалдың секіріс тәрізді өзгерісі сәйкес келеді.
Үзіліссіз (аналогтық) реттеуіштерде кірістік сигналдың үзіліссіз өзгерісіне
реттелуші шаманың үзіліссіз өзгерісі сәйкес келеді.
Үзіліссіз әрекетті реттеуіштердің барлығы бір стандартты заңдарды
жасайды. Реттеу заңы бойынша реттеуіштер пропорционалдық (П),
интегралдық(И), пропорционалдық -интегралдық(ПИ), пропорционалдық
–дифференциалдық(ПД), пропорционалдық –интегралдық- дифференциалдық(ПИД)
болып ажыратылады.
Автоматтандырылған жүйелер келесі басқару функцияларын іске асырады:
1. Бір контурлы автоматты реттегіш.
2. Каскадтты және программалы реттегіштер.
3. Көп байланысты автоматты реттегіштер.
4. Логикалық басқару
5. Орнатылған режимде оптималды басқару
6. Өтпелі режимдермен оптималды басқару
3. Автоматтандырудың локальды жүйесі
реттегіш түріне байланысты құрылымдық сұлба мынандай түрде болады:
1) үзіліссіз реттеу заңы кезінде (сур.1)
Сурет. 1
Мұндағы ε – әртүрлі сигнал;
R – кері байланыс реттегіші.
1) Релелі басқару кезінде.
Сурет. 2
Автоматты реттеу жүйесінің классификациясф
1) реттеу принципі бойынша АРЖ мынандай топтарға бөлінеді:
• ауытқуы бойынша АРЖ (1 сур.)
• қозуы бойынша АРЖ (3а сурет)
• аралас АРЖ (3б сурет)
А) Б)
Сурет. 3
1) Реттеу шамасының саны бойынша:
• Бір өлшемді- дір ретту шамасынан тұратын жүйе.
• Көп өлшемді байланысты реттеу жүйесі және байланыссыз реттеу жүйесі
болып бөлінеді.
Байланыссыз реттеу жүйесін реттеу шамасының өзара әсері аз немесе жоқ
болған кезде пайдаланады. Байланысты реттеу жүйесінде бір технологиялық
нысанның әртүрлі реттеу шамалары өз ара ішкі байланыстармен байланысқан.
2) Контур саны бойынша: бір контурлы және көп контурлы.
3) Белгіленуі бойынша:
• Оптимизацияның автоматтандырылған жүйелері
• Программалы басқару жүйелері
• Бақылаушы жүйе-реттелетен шаманың берілген мәні белгісіз болса
және технологиялық шаманың ішкі тәуелсіз функциясы болса.
4) Реттеу шамасының сипаттамасы бойынша
• Үзіліссіз-кірістік шаманың үзіліссіз өзгерісі әр топтың
шығысындағы параметрдің үзіліссіз өзгерісіне сәйкес келеді.
• Релелі (позициондые) – шығыстық шама минималды (максималды).
• Импульсті – бұл АРЖ өзінің топ құрамында белгілі бір кезекпен
ауысып отыратын тізбектелген импультардағы кірістік шаманы
үзіліссіз түлендіреді.
2 Тема: Автоматты басқару жүйесінің статикасы және динамикасы.
Өнеркәсіптік жағдайда атоматтандырылған жүйелер статикалық (тең
салмақты) және динамикалық (тең салмақсыз) жағдайда болуы мүмкін.
Тең салмақты жағдай кірістік уақыт тұрақтылығымен, шығыстық,
аралық шамаларымен сипатталады. Нсыанды эксплуатациялау кезінде тең
салмақты жағдай бұзылады нәтижесінде әр түлі қозу әсрі және барлық шамалар
уақытқа байланысты өзгереді, бұлардың мұндай жағдайы тең салмақсыз деп
аталады. Көптеген нысандардың жұмысы энергетикалық ағымдардан және белгілі
бір материалдық заңдылықтар бойынша түрленеді. Түрлендіру заңдылығы
беріліс функиясы түрінде беріледі. Бұл жағдайда жұмыстың екі режимі болуы
мүмкін:
1. Статикалық;
2. Динамикалық.
Статикалық режимде нысандағы заттың ағымы және энергиясы мынаған
тең.
Q[pic](t)=Q[pic](t)
Статикалық режимда кірістегі әр сигнал шамасына белгілі бір
шығыстық шама сәйкес келеді.
y=f(x)
Басқару нысандарын ұқсас динамикалық қасиеттері бар шағын топтарға
біріктіруге болады. Бұл жағдайда тиімді жіктеу белгісінде шығыстық шаманың
сатылы кірістік ықпалынаs реакциясы жатады. Ал, нысандардың жіктелуінен
бұрын, негізгі бір түсінікті – нысан сыйымдылығын анықтап алу қажет. Оны
мысалмен көрсетейік. Түбінің ауданы әртүрлі, бірақ көлемі бірдей екі ыдыс
берілсін. Ыдыстардағы сұйық деңгейін бірдей h шамаға өзгеруге қажет оның
мөлшері мына өрнекпен анықталады:
E=[pic][pic]
Мұндағы t- сұйық деңгейін h шамаға өзгертуге қажет уақыт; [pic]-уақыт
бірлігінде ыдысқа құйылған сұйық мөлшері; [pic]- уақыт бірлігінде ыдыстан
ағып кететін сұйқ мөлшері.
Осылайша, Е шамасы нысан сыйымдылығын, яғни оның затты (не энергиян)
жинау қабілетін сипаттайды. Шығысты шамасының өзгеріс жылдамдығы кірісіне
сатылы сәйкес келетін ең үлкен мәніне уақыт өтке сайын тұрақты болатын, не
үздіксіз нөлге дейін азаятын нысандар үшін 1-ретті апериодттық буынға
сәйкес келеді.Бұл нысанды ықпалдың әр мәніне орныққан режимде реттелетін
шаманың белгілі бір мәні сәйкес келеді. Қозу әсерінен материалдық теңесудің
бұзылуы реттелетін шаманың өзгерісін тудырады, ал ол өз кезегінде заттың
(энергияның) көбеюіне не азаюына ықпалын тигізіп пайда болған таңсіздікті
азайтады. Осылайша, статикалық нысандар қозу әсерінен кейін реттеушісіз-ақ
тағайындалған жаңа күйге түседі, яғни өздігінен теңесу (өздігінен реттеу)
қабілетіне ие болады.
Астатикалық нысандарға ықпал етудің белгілі бір шамасына реттелетін
шаманың әр түрлі мәні сәйкес келеді. Заттың келу-кетуі өзгергенде
реттелетін шама келіп түскен қозуға пропорционал тұрақты жылдамдықпен
өзгереді, бұл астатикалық нысандарда өздігінен теңесу қасиеті болмайды
деген сөз.
Астатикалық нысандарға, яғни өздігінен теңесе алмайтын нысанға мысал 1
–суретте көрсетілген. Бұл суретте көрсетілген нысанның ағын жолына
өнімділігі шығыстық шамаға тәуелсіз насос қойылған. Сыңар сыйымдылықты
нысанның қасиетттерін анықтайтын параметрлерге статикалық үшін Т уақыт
тұрақтысы, ал астатикалық нысан үшін Т[pic] екпін уақыты және k күшейту
(беріліс) коэффициенті жатады.
[pic]
Уақыт тұрақтысы нысанның инерциялығын білдіреді.
Динамика теңдеуі дифференциалдық теңдеумен сипатталады.
Динамикалық жүйе сонымен қатар астатикалық деп те аталад. Сондықтан
нысанның динамикалық қасиетін оқығанда АРЖ талдауының негізгі тапсырмасын
құрайды. Оны анықтаудың екі әдісі бар:
1. Аналититикалық;
2. Экспериментальды – аналитикалық.
Аналитикалық әдіс.
Нысанның динамикалық жұмыс режимі үшін энергетикалық және
материалдық баланс теңдеуі құрылады.
Жалпы түрде:
T[pic]+Y(t)= K·X(t),
мұндағы T – уақыт тұрақтылығы;
К – күшейту коэффициенті;
X – реттеу әсері.
Экспериментальды – аналитикалық.
Бұл әдіс, егерде нысанның статикалық және динамикалық
сипаттамалары зерттеу нәтижесі аналитикалық өңдеу жолмен анықталатын болса
осы әдіс пайдаланылады. Негізгі кемшілік: алынға математикалық модель тек
қана берілген нысанға ғана пайдалану мүмкін. Нысанның сипаттамасын
эксперименталды анықтау активті әдіспен жүргізіледі: тең салмақты жағдадйда
тұрған нысанға импульсті кірісті әсер жүргізіледі, мұндай әсердегі нысан
реакциясы қисық екпіні деп аталады. Қисық екпінін реттеу әсерін беріліс
каналы бойынша алады. Қозу әсерін беру моментінен реттелетін шама
стабилизацияға дейінгі жаңа статикалық шамада , немесе астатикалық обьект
үшін тұрақты жылдамдық өзгерісін орнатқанға дейін реттеледі.
[pic]
1 - 1-ретті статикалық объект ;
2 – 2-ретті астатикалық обьект.
Астатикалық нысанның екпін уақыты деп тұрақты реттеуші шаманың лезде 100%-
ға өгергенде, реттелуші шаманың нөлдік мәннен номиналды мәніне жетуіне
дейінгі аралықта өтетін уақытты айтады.
Күшейту коэффициенті тағайындалған күйде шығыстық сигналы кірістік
сигналынан қанша есе өзгеше болатынын көрсетеді, яғни нысанның шығыстық
шамасының кірісітік шамасына сезімталдығын сипаттайды. Ол өлшемдік әрі
өлшемсіз күйде өрнектеле алады.
Нысанның негізгі қасиеттерін анықтау үшін мынандай әдістер
қолданылады:өтпелі сипаттамалар әдісі (екпін қисығы); жиіліктік әдіс;
импульстік қозу әдісі; тікбұрышты толқын әдісі; статикалық әдіс.
Соңғысынан басқа әдістердің барлығы да іртүрлі қозулар әсер еткен
кездердегі нысанның күйн зерттеуге негізделген. Әсіресе өтпелі
сипаттамалар әдісі (екпін қисығы) кең қолданылады. Екпін қисығын талапқа
сәйкес талдағаннан және өңдегеннен кейін ол арқылы 2-суретте көрсетілген
[pic] кешігу уақыты мен оның пайда болу табиғатын, яғни [pic]екпін уақыты
мен нысанның Т уақыт тұрақтысын; p өздігінен теңгерілу дәрежесін және
екпін жылдамдығын анықтауға болады. Екпін қисығында [pic] транспорттық
кешігу уақытына [pic] қозу уақытымен реттелетін шаманың өзгеріс сәтінің
аралығында жатқан bc кесінісі сәйкес келеді.Сыйымдылықты кешігу уақытын
([pic]) анықтау үшінреттелетін шаманың бастапқы мәні мен болатын ас
сызығын жүргізіп жүргізіп, оның өзгерісінің максимал жылдамдығының
нүктесін табады (g иілу нүктесінен кейін жылдамдық төмендей бастайды).
Осы g нүктесі арқылы ас сызығымен қиылысқанға дейін жанама жүргізеді;
сондағы алынған кесіндісі [pic] сыйымдылық кешігу уақыты болып табылады.
Табылған [pic]және [pic]мәндері негізінде толық кешігу уақытын анықтайды
[pic]. Қозу тудыратын мезет пен реттелетін шама максимал мәнге жететін
мезеттің арасындағы уақытты екпін уақыты [pic] деп атайды.
3. Зертханалық жұмыс
№1 БІРКОНТУРЛЫ АРЖ-ІН ЕСЕПТЕУ ЖӘНЕ МОДЕЛЬДЕУ
Жұмыс мақсаты: Параметрлердің есептеулерін жүргізу, бірконтурлы АРЖ-
нің автоматты реттеу прцесінің сапа көрсеткіштерін анықтау, MatLab
жүйесінде жұмыс істеуді үйрену (Simulink пакеті).
1.1 Теориялық бөлім
Режимді параметрлердің автоматты тұрақтылық жүйесін жабық бірконтурлы АРЖ-
сін кең қолданады.
Бірконтурлы АРЖ 1–суреттегі блок-схема түрінде көрсетуге болады, ол реттеу
объектісінен, реттегіштен және салыстыру элементінен тұрады. Реттеу
объектісінің күйі x(t) ағымдағы мәннің реттегіш шамасымен сипатталады. x(t)
ағымдағы мән салыстыру элементінде xз(t) берілген мәнімен салыстырады, онда
реттегіштің қатесі болып табылатын D x(t) ортақ шешімге келеді. Ортақ
шешімге келу сигналы объектке түсетін алынған реттегіш заңының реттегіште
xр(t) реттегіш әсеріне сәйкес түрленеді. АРЖ қасиеті оның бөлек элементтер
қасиетімен анықталады.
[pic]
1 сур. Бірконтурлы АРЖ-нің блок-схемасы.
АРЖ-нің негізгі мәселесі ол жүйенің тұрақты жұмыс істеуін және АРЖ-нің
жұмыс сапасының тиімді көрсеткіштерін қамтамассыз ететін реттегіш заңдарын
таңдауда және реттегішті қалпына келтіру параметрлерінің есебіне
байланысты болады.
АРЖ-ін есептеу үшін, ретегіштің қалпына келтіру параметрлерін анықтауда
әртүрлі жолдар немесе әдістер қолданады.
Бұл әдістерді аналитикалық, графо-аналитикалық, эмпирикалық деп бөлуге
болады.
Кең тараған әдістің бірі, компьютерді қолдану арқылы имитационды модельдеу
болып табылады.
Реттегіштің қалпына келтіру параметрлерін анықтаудың ең бірінші ыңғайлы
әдісі эмпирикалық қатынас болып табылады. Бұл үшін объект қасиетін бірінші
ретті инерциялық буын мен таза кешігу буынымен аппросимациялайды. [pic]
Мұндай аппроксимация аналитикалық немесе эксперименталды алынған объектің
қисық екпінімен (2 сур.) жүзеге асырылады.
[pic]
2 сур. Объектің қисық екпіні бойынша Kоб, Tоб, tоб параметрлерді бағалау.
Реттегіштің қалпына келу параметрлері эмпирикалық қатынаспен анықталады:
ПИ- регуляторы
(1)
(2)
ПИД- регуляторы
(3)
(4)
[pic]
(5)
АРЖ-ін зерттеу үшін ең басты екі негізгі сұрақты шешу керек:
• Жүйенің тұрақтылығы
• Реттеудегі процесс сапасы
Имитациялық модельдеу процесі АРЖ-нің жұмыс сапасын және тұрақтылығын
шешеді. Модельдеу кезінде тұрақтылық АРЖ жұмысының өтпелі сипататмасын
алуымен бағаланады. Процесс тұрақты болу үшін өтпелі сипаттама x(t)
реттегіш параметр xз(t) берілген мәнге әкелетінге ұқсас болып келеді.
Тұрақтылық қорын процестің өшу дәрежесімен бағалауға болады, ол өтпелі
процесстің қисығымен (3. сур) келесі қатынас бойынша анықталады:
(6)
мұнда А1 және А3 бір белгінің екі көршілес толқынының амплитуда
экстремумы. Бұл көрсеткіш тұрақтылық жүйесі үшін келесі шекте болу керек7
Өтпелі процесс сапасы көрсеткіштер бойынша анықталады. Өтпелі процестің
сапасы келесі көрсеткіштер бойынша анықталады (3. сур).
• Орнатылған режимдегі берілген мәннен реттегіш параметрдің ауытқуы
болып табылатын статикалық қателік.
(7)
•
• Берілген мәннен реттегіш параметрдің максималды ауытқуы болып
табылатын динамикалық қателік.
(8)
3 сур. Өтпелі процестің сапа көрсеткіштері.
• [pic] реттеу уақыты, яғни реттегіш параметр нақты берілген е-мен
берілген мәнге дейін жететін уақыт. Практикалық АРЖ үшін нақтылық
берілген мәннің шамасынан e = ± 5 % беспайызды ауытқу параметрімен
анықталады.
• Жалпылама көрсеткіш, интегралды-квадраттық критерий болып табылады.
•
(9)
АРЖ-нің ең жақсы сапасы, ол берілген тұрақтылық қорын сақтау кезінде
интегралды квадраттық минималды мәнін қолдану арқылы.
Жұмысты орындау тәртібі.
1. кестеден алынған мәліметтерден құрылымдық сұлбаны
дайындау.(рис.42)
2. АРЖ-ін құру және блок-схемалар қою.
3. АРЖ-нің негізгі және қосымша реттеуіштердің параметрлерін
анықтау.
4. MATLAB (пакет SIMULINK) программасының көмегімен АРж-ін құру.
6.АРЖ-нінің сапасын анализдеу.
7.Реттеуіштің параметрері өтпелі процесстің сапасына қалай әсер
ететінін зерттеу.
[pic]
сурет.33
1Кесте Есептердің варианттары
|№ |Басқарушы әсер |Қоздырущы әсер |Рнгулятордың беріліс |
| |Wу(р) |Wв(р) |функциясы |
|1 |[pic] |[pic] | |
| | | |[pic] |
|2 |[pic] |[pic] |[pic] |
|3 |[pic] |[pic] |[pic] |
|4 |[pic] |[pic] |[pic] |
|5 |[pic] |[pic] |[pic] |
|6 |[pic] |[pic] |[pic] |
|7 |[pic] |[pic] |[pic] |
|88 |[pic] |[pic][pic] |[pic] |
|99 |[pic] |[pic] |[pic] |
|10 |[pic] |[pic] |[pic] |
|111 |[pic] |[pic] |[pic] |
4 Есептің шығарылу реті
1.4.1. Бір контурлы АРЖ-нің параметрлерін есептеу.
Басқару нысаны болып ректификациялы колонна (рис.33)табылады, мұнда
колоннаның жоғарғы температурасын стабилизиялау керек Тв.
Нысанның құрылымдық сұлбасын құрамыз, мұнда кіріс және шығыс
айнымалылар және өтпелі функциялар көрсетілген (рис.34) .
Өтпелі функциялар сәйкес каналдар бойынша келесі мәндерді қабылдайды.
[pic]
[pic]
[pic]
Бірконтурлы АРЖ-ін теормясына сәйкес АРЖ ьлок схемасын құрамыз. АРЖ-ні
есептеудегі басты міндет реттеу заңын және реттеудің параметрлерін
есептеу, бұлар жүйенің тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді.
Бір контурлі АРЖ-ні модельдеу кезінде ПИ-реттегішін қолданамыз.
Ретттегіштің парметрлері эмпирикалық сәйкестік арқылы анықталады:
ПИ- регулятор
(12)
(13)
1.4.2 MATLAB (пакет SIMULINK) программасының көмегімен бірконтурлі АРЖ-
ні модельдеу.
Тұйық жүйенің элементінің бірі Реттегіш.Автоматты реттегіштің кірісіне Ут
және Uз реттегіштің шығысын өзгертеді Хр
Хр=f(Yт-Uз)
(14)
Бұл тәуелділікті реттеу заңы деп атайды (при U=0). Әрбір реттегіштің
өз ретеу заңы болады: интегральді, пропорциональді, пропорционально-
интегральді, пропорционально-дифференциальді, пропорционально-интегральные-
дифференциальді. Динамикалық түрде П- регулятор күшейтілген буын ретінде
болады, ПИ-регуляторді параллельді қосылған пропорциональді және
интегральді буындар арқылы жүзеге асыруға болады, ПИД пропорциональді және
интегральді, дифференциялды буындар. Реттегіштердің өтпелі функциялары
былай болады:
W=-S1
(15)
W=-S1-S0/p
(16)
W=-S1-S0/p-S2*p
(17)
,где
S1=Кр –өтпелі коэффициент (пропорциональности)
Sо=Кр/Ти Ти – интегралдау уақыты (изодрома)
S2=Тд - дифференциалдау уақыты.
Мысалы , Кр=1,2 Ти=12, тогда S1=Kp So=Kp/Tu
Алдында көрсетілген блоктарды қолданып: Transfer Fcn, Gain, Sum өз ПИ-
реттегішімізді құрамыз(рис.35)
рис.35
Subsystem – подсистемы- бұл фрагмент Simulink-модели, бөлек блок ретінде.
Осылай PI Controller (рис.36) дайын блогін қолданып нәтижесін аламыз.
[pic]
сур.36
MATLAB (пакет SIMULINK) программасының көмегімен бірконтурлі АРЖ-ні
құраймыз, ол үшін мынадай блоктарды қолданамыз: Transfer Fcn, Gain, Sum,
Snope, Step и др.
Сурет.37
Бірконтурлі АРЖ-лерді модельдегенде (рис.37) бірінші жағдайда ПИ-
реттегіші ретінде PID Controller блогі қолданылды (Параметры Р=1,2 I=0.1
D=0) ,ал екіншісінде қолданушы блок, ол my PI regulyator субжүйесінің
көмегімен құрылды. Екі жағдайда да бірдец өтпелі сипаттама
табылды.(рис.38).
сур.38
ПИ-реттегіштің настройкаларының параметрлерінің әсерін қарастыру ,
Кр=1.2 күшейту коэффицентінің және изодром уақытынан Ти=0.1 келесі ретпен
өткіземіз:
Кр –ны алдымен үлкейю жағына қарай өлшейміз, Мысалы, 0.2 т.е Кр=1.4
және кішірею жағына қарай 0.2 Кр=1 бұл кезде изодрома өзгеріссіз
қалады(рис.39, 40). Содан кейін Кр өзгермесе изодроманың уақытын
өзгертеміз.
Проводим сравнительную оценку полученных переходных характеристик по
основным показателям качества: динамической ошибке [pic], времени
регулирования [pic], показателю колебательности
39 сурет
Әр түрлі күшейту коэффициенттерімен Кр.бір контурлы АРЖ моделдеу
Сур.40 Әр түрлі күшейту коэффициенттерімен Кр өтпелі процесс
Көрініп тұрғандай күшейту коэффицентінің және изодрома уақытын үлкейту
өтпелі процесстердің сапасын нашарлатады. Ал күшейту коэффицентін кіщірейту
арқылы динамикалық қате және реттеу уақыты үлкейеді.
2 Аралас АБЖ-ін модельдеу және есептеу.
Жұмыс мақсаты: Компенсатор мен ретегіштің настройка параметрлерін
есептеу, аралас АБЖ-нің сапасын тексеру, MatLab жүйесінде жұмыс істеп
үйрену: аралас АБЖ-ін Simulink пакетінің көмегімен модельдеу.
2.1 Теорея.
Бір контурлы АБЖ процесстің шекті мәніне тең. АРЖ-ін күрделендіру
арқасында сапаны жоғарлату мүмкін.
Ең нәтижелісі қозуды компенсациялау жүйесі, ол аралас АБЖ (рис.41).
[pic]АБЖ-ін қолдану үшін компенсациялайтын мүшенің беріліс функц
Функциясын анықтау керек.
Берілген АБЖ-ін сипаттайтын теңдеулер құрамыз:
|[pic] |
|(18) |
|[pic] (19) |
[pic]айнымалысын алып тастап
|[pic] (20) |
Түрлендіргеннен кейін [pic]-ның келесі түрін аламыз.
|[pic] (21) |
[pic]реттеу мәні қозуға тәуелді болмау үшін [pic], теңдеудің 2-ші мүшесі
нулға тең болу керек.
Это выполняется, если числитель равен нулю.
|[pic] |
|(22) |
Бұл сәйкестіктен компенсатордың өтпелі функциясын табамыз.
|[pic] |
|(23) |
Осындай компенсаторда жүйе [pic] қозуға қарағанда инвариантты. Бұл шартты
абсолютты инварианттылық дейді.
Компенсатор тұйық контурға кірмегендіктен, оның сипатынан жүйе
тәуелді емес. Реттегіштің параметрлерінің настройкалары бірконтурлы АРЖ-
дегі сияқты болады.
Инварианттылықтың абсолютты шарты реалды жүйелерде үнемі мүмкін бола
бермейді. Нысанның кейбір сипатында қозу және басқару каналы мүмкін болады,
ал қозудың толық компенсациясы мүмкін емес. Өйткені, басқару каналы
бойынша кешігу қозудан [pic] көп, онда реттеу қозуы қозу әсерінен уақытқа
[pic]көп болу керек, ал бұл болса мүлде мүмкін емес.
.
(24)
Осыдан келе , аралас АСР-ды есептеуге келесілер жатады:
1. Реттеуіштің настройкаларын есптеу.
2. Идеалды компенсатордыңөтпелі функциясын есептеу.
3. Выбор Реалды компенсаторды таңдау және оның параметрлерін анықтау.
2.2 Жұмысты орындау тәртібі.
5. 2-кестеден алынған мәліметтерден құрылымдық сұлбаны
дайындау.(рис.42)
6. Аралас АРЖ-ін құру және блок-схемалар қою.
7. ПИ(Д)- регуляторының параметрлерін эмпирикалық сәйкестікке қарай
есептеу.
8. Компенсатордың параметрлерін есептеу.
9. MATLAB (пакет SIMULINK) программасының көмегімен АРж-ін құру.
6.АРЖ-нінің сапасын анализдеу.
7.Реттеуіштің параметрері өтпелі процесстің сапасына қалай әсер
ететінін зерттеу.
[pic]
сур.42
Таблица 2. –Есеп варианттары
|№ |Управляющее воздействие|Возмущающее |Передаточн. ф-я |
|Варианта |Wу(р) |воздействие |рег-тора |
| | |Wв(р) | |
|1 |[pic] |[pic] | |
| | | |[pic] |
|2 |[pic] |[pic] |[pic] |
|3 |[pic] |[pic] |[pic] |
|4 |[pic] |[pic] |[pic] |
|5 |[pic] |[pic] |[pic] |
|6 |[pic] |[pic] |[pic] |
|7 |[pic] |[pic] |[pic] |
|8 |[pic] |[pic][pic] |[pic] |
|9 |[pic] |[pic] |[pic] |
|10 |[pic] |[pic] |[pic] |
|11 |[pic] |[pic] |[pic] |
2.3 Есеп шығару мысалы.
2.3.1 Аралас АРЖ-інің параметрлерін есептеу.
Объектом регулирования является Ректификациялық колонна реттеу нысыаны
болып табылады (рис.42), мұнда жоғарғы температураны Тв.реттеу керек.
Нысанның құрылымдық сұлбасын құрамыз (рис. 43).
Өтпелі функциялар келесі мәнде болады.
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Воспользуемся при моделировании комбинированной АСР с ПИ – регулятором.
Так как компенсатор не входит в замкнутый контур передачи сигнала, то
устойчивость системы не зависит от его свойств. Расчет параметров настройки
регулятора [pic]осуществляется как для обычной одноконтурной АСР.
Параметры настроек регулятора определяются по эмпирическим соотношениям (1)
и (2) :
ПИ- регулятор
[pic]
[pic] [pic][pic]
[pic][pic]
Реттеуіштің параметрлері бірконтурлы АРЖ-індегідей болып қалады.
[pic] [pic]
Компенсатор үшін абсолютті инварианттылық шарты бойынша өтпелі функция.
|[pic] |
|[pic] |
|[pic] |
|[pic] |
| Пропорционалдық буын ретінде керекті компенсаторды таңдап аламыз. Сонда |
|[pic] |
2.3.2 MATLAB (пакет SIMULINK)программасының көмегімен аралас АРЖ-ін
құрамыз.
Сонымен, MATLAB (пакет SIMULINK) ппрограммасының көмегімен аралас АРЖ-
ін құрамыз, онда мынадай блоктарды қолданамызи: Transfer Fcn, Gain, Sum,
Snope, Step и др. (рис.44)
сур.44
Берілген АРЖ-і нәтижелері келесі суретте 45.
Сур.45 өпелі процесс
3 КАСКАДТІ АРЖ-ІН ҚҰРУ ЖӘНЕ ЕСЕПТЕУ
Жұмыс мақсаты: АРЖ-ніің көрсеткіш сапасын анықтау, негізгі және
көмекші регулятордың праметрлерін есепетеу, МatLab жүйесінде жұмыс істеп
тәжірибе жинау: Каскадты АРЖ-ін Simulink пакеті көмегімен құру.
3.1 Теория.
Каскадті жүйелер үлкен инерциалы реттеу бойынша. Реттеу сапасын
қосымша контур қосу арқылы жақсартуға болады.
46-суретте каскадты АРЖ-нің құрылымы берілген. Жүйеде 2 реттеуіш
қоданылған – негізгі [pic], бұл негізгі реттеу мәнін стабилизациялайды X,
және қосымша реттеуіш [pic], бұл қосымша реттеу мәнін реттейді.
Как видно из структурной схемы (рис.46) эквивалентным объектом [pic]для
основного регулятора [pic]является основной канал управления объекта [pic]и
контур регулирования вспомогательного регулятора. Эквивалентный объект
определяется из следующих соотношений:
|[pic] |
|[pic] |
|(25) |
|[pic] |
Исключив [pic]и [pic], получим:
|[pic] |
|(26) |
Эквивалентным объектом [pic]вспомогательного регулятора [pic]является
параллельное соединение вспомогательного канала и основной разомкнутой
системы.
|[pic] |
|(27) |
При расчете параметров настроек основного и вспомогательного регулятора
вводят следующие допущения.
Так как быстродействие вспомогательного контура велико, то можно
предположить, что
|[pic] |
Тогда передаточная функция эквивалентного объекта [pic]определяется из
соотношений:
|[pic] |
|[pic] |
|(28) |
|[pic] |
Исключая [pic]и [pic], получим:
|[pic] |
|(29) |
По этой передаточной функции рассчитывают параметры настроек основного
регулятора, как регулятора работающего в одноконтурной АСР.
Зная [pic], определяется передаточная функция эквивалентного объекта [pic]
|[pic], |
|(30) |
по которой рассчитываются параметры настроек вспомогательного регулятора,
как регулятора, работающего в одноконтурной АСР.
2.2 Жұмысты орындау тәртібі.
10. 3-кестеден алынған мәліметтерден құрылымдық сұлбаны
дайындау.(рис.42)
11. Каскадты АРЖ-ін құру және блок-схемалар қою.
12. Каскадты АРЖ-нің негізгі және қосымша реттеуіштердің
параметрлерін анықтау.
13. MATLAB (пакет SIMULINK) программасының көмегімен АРж-ін құру.
6.АРЖ-нінің сапасын анализдеу.
7.Реттеуіштің параметрері өтпелі процесстің сапасына қалай әсер
ететінін зерттеу.
[pic]
сур.47
Таблица 3 – тапсырма нұсқасы
|Басқару әсері |Қозу әсері |Көмекші әсер |Реттегіш |
|Wу(р) |Wв(р) |Wу1(р) |көмекші, негізгі|
|[pic] |[pic] |2 е -2 р/ (5 р+1) |ПИ-ПИ |
|[pic] |[pic] |2 е -3 р/ (3 р+1) |ПИ-ПИД |
|[pic] |[pic] |[pic] |ПИ-ПИ |
|[pic] |[pic] |[pic] |ПИ-ПИД |
|[pic] |[pic] |[pic] |ПИ-ПИ |
|[pic] |[pic] |[pic] |ПИ-ПИД |
|[pic] |[pic] |[pic] |ПИ-ПИД |
|[pic] |[pic] |[pic] |ПИ-ПИ |
|[pic] |[pic] |[pic] |ПИ-ПИ |
|[pic] |[pic] |[pic] |ПИ-ПИД |
-----------------------
ТОУ
R
Uзад
ε=Uзад-Uр
У
Uр
R
ТОУ
ТОУ
R
Z
R
ТОУ
R
Z
Qа[pic]
Qк
h
t
x
T[pic][pic]
1
[pic]
2
сур.34
сур.41
сур.43
сур. 46
Рис.46
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz