Школа Инженерная школа энергетики

НОЦ И.Н. Бутакова Направление 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника

Отчет по лабораторной работе

по дисциплине «Управление техническими системами»

«Исследование одноконтурной системы регулирования с ПИ-регулятором в условиях возмущающих воздействий на объект регулирования»

Выполнил студент

гр. 5Б05 Цыбиков А.А. ^{(дата, подпись)}

Проверил:

к.т.н., доцент ИШЭ Атрошенко Ю.К. ^{(дата, подпись)}

Томск 2022

Цель работы

Исследование динамики работы одноконтурной системы автоматического регулирования с ПИ-регулятором для различных видов возмущающих воздействий.

Таблица 1 – Вариант задания

№ вар.	Параметры объекта		Параметры регулятора		Параметры возмущения «ступенька	Дисперсия нормального шума	Блок с кусочно-линейной характеристикой (10#10)
	k	T			30 0 1.5	0.8	0 0 0 10 -5 1 5 10 -1 -10
2	1	12	2.5	6	35 0 1.4	0.9	0 0 0 12 -1 1 7 8 -2 -10

Порядок выполнения работы

Сначала построим схему, предоставленную в методических указаниях данных для этой лабораторной работы, и график для нее.

Рисунок 1 – Структурная схема одноконтурной САР

Для возмущения «Ступенька»

В программе МВТУ моделируем САР с ПИ-регулятором, структурная схема которой приведена на рисунке 2:

Рисунок 2 – Структурная схема одноконтурной САР с ПИ-регулятором при воздействии возмущений «ступенька»

Задаются параметры возмущения согласно варианту №2 (Таблица 1) и строится график переходного процесса с графиком возмущающего воздействия на одной плоскости (Рисунок 3):

Рисунок 3 – Переходный процесс САР с ПИ-регулятором

Для снижения времени регулирования вводятся изменения параметров настройки регулятора: увеличивается с 1,5 до 3, уменьшается с 5 до 4,5. Строится график переходного процесса при воздействии возмущения «ступенька» с измененными параметрами ПИ-регулятора и по нему производится расчет оценок качества для переходного процесса САР с ПИ-регулятором отдельно по каналу задания и каналу возмущения.

Рисунок 4 – График переходного процесса при воздействии возмущений «ступенька» при ,

Расчет оценок качества по каналу задания:

1. Динамическая ошибка:

2. Перерегулирование:

3. Статическая ошибка: где – величина сигнала задания.

4. Степень затухания:

5. Время регулирования:

Для возмущения «Нормальный шум»

В программе МВТУ моделируем САР с ПИ-регулятором, структурная схема которой приведена на рисунке 4:

Рисунок 5 – Структурная схема одноконтурной САР с ПИ-регулятором при воздействии возмущений «нормальный шум»

Задаются параметры возмущения согласно варианту №2 (Таблица 1) и строится график переходного процесса (Рисунок 6) и график возмущающего воздействия (Рисунок 7):

Рисунок 6 – График переходного процесса при воздействии возмущений «нормальный шум»

Рисунок 7 – График нормального шума при коэффициенте дисперсии 1

Для снижения времени регулирования вводятся изменения параметров настройки регулятора: увеличивается с 1,5 до 3, уменьшается с 5 до 4,5. Строится график переходного процесса при воздействии возмущения «ступенька» с измененными параметрами ПИ-регулятора и по нему производится расчет оценок качества для переходного процесса САР с ПИ-регулятором отдельно.

Рисунок 8 – График переходного процесса при воздействии возмущений «нормальный шум» при ,

Расчет оценок качества:

1. Динамическая ошибка: ;

2. Перерегулирование:

3. Статическая ошибка: где – величина сигнала задания.

4. Степень затухания: где – вторая амплитуда колебаний.

5. Время регулирования:

Для возмущения «Блок с кусочно-линейной характеристикой»

В программе МВТУ моделируем САР с ПИ-регулятором, структурная схема которой приведена на рисунке 9.

Рисунок 9 – Структурная схема одноконтурной САР с ПИ-регулятором при воздействии возмущений «блок с кусочно-линейной характеристикой»

Задаются параметры возмущения согласно варианту №2 (Таблица 1) и строится график переходного процесса (Рисунок 10) и график возмущающего воздействия (Рисунок 11):

Рисунок 10 – График переходного процесса при воздействии возмущений «блок с кусочно-линейной характеристикой»

Рисунок 11 – График ступенчатого возмущения на объект управления

Для снижения времени регулирования вводятся изменения параметров настройки регулятора: увеличивается с 1,5 до 3, уменьшается с 5 до 4,5. Строится график переходного процесса при воздействии возмущения «ступенька» с измененными параметрами ПИ-регулятора и по нему производится расчет оценок качества для переходного процесса САР с ПИ-регулятором.

Рисунок 12 – График переходного процесса при воздействии возмущений «блок с кусочно-линейной характеристикой» при ,

Расчет оценок качества:

1. Динамическая ошибка:

2. Перерегулирование:

3. Статическая ошибка: где – величина сигнала задания.

4. Степень затухания:

5. Время регулирования:

Получение переходного процесса по каналу возмущения при ступенчатом внешнем воздействии

Получить график переходного процесса по каналу возмущающего воздействия (канал f–y). Структурная схема системы, преобразованная по каналу f–y, приведена на рисунке 13. В качестве возмущающего воздействия подается ступенчатый сигнал с параметрами из таблицы 1 согласно варианту №2.

Рисунок 13 – Структурная схема системы автоматического регулирования по каналу возмущающего воздействия реализованная в программе МВТУ

Задаются параметры ПИ-регулятора: , Строится график переходного процесса по каналу возмущения при ступенчатом внешнем воздействии с заданными параметрами ПИ-регулятора (рисунок 14-15).

Запишем передаточную функцию в развёрнутом виде:

;

Рисунок 14 – График переходного процесса по каналу возмущения при ступенчатом внешнем воздействии при ,

Рисунок 15 – График переходного процесса по каналу возмущения при ступенчатом внешнем воздействии при ,

По полученному графику производится расчет оценок качества переходного процесса:

Расчет оценок качества:

1. Динамическая ошибка:

2. Перерегулирование:

3. Статическая ошибка:

4. Степень затухания: где – вторая амплитуда колебаний.

5. Время регулирования:

6. Динамический коэффициент регулирования:

Сведем рассчитанные оценки качества в таблицу 2:

Таблица 2 – Сводная таблица оценок качества

Оценка качества	Со ступенчатым шумом по каналу задания	С воздействием в виде нормального шума	С воздействием в виде блока с кусочно-линейной характеристикой	Со ступенчатым шумом по каналу возмущения
Динамическая ошибка	0,43	0,42	0,42	0,19
Перерегулирование	54	42	42	34,21
Статическая ошибка	0	0	0	0
Степень затухания	0,63	0,883	0,57	0,89
Время регулирования:	48	12	96	58

Вывод

Произведено исследование динамики работы одноконтурной системы регулирования с ПИ-регулятором при воздействии на объект управления различных видов возмущающих воздействий: «ступенька», «нормальный шум», «блок с кусочно-линейной характеристикой». Было изучено влияния каждого из вида возмущающих воздействий на оценки качества переходного процесса САР с ПИ-регулятором. При внешнем воздействии в виде блока кусочно-линейной характеристики время регулирования, по сравнению с другими внешними воздействиями, значительно выше и равна 96 с. Остальные оценки качества переходных процессов при различных возмущениях одинаковых параметрах регулятора слабо отличаются.

Был получен переходный процесс по каналу возмущения системы автоматического регулирования с ПИ-регулятором и рассчитаны оценки его качества.