РАЗРАБОТКА РЕЛЕЙНОГО РЕГУЛЯТОРА

6. РАЗРАБОТКА РЕЛЕЙНОГО РЕГУЛЯТОРА

 

Для конструкции релейного регулятора используется блок «Релейная неоднозначная с зоной нечувствительности». Наглядная схема приведена на рисунке 7.

Значение параметров ступенчатого входного воздействия:

1) Время «включения» скачка t=0;

2) Значение сигнала до скачка Y0=0;

3) Значение сигнала после скачка YK=40;

Значение параметров статической характеристики реле

a1, a2, b1, b2, y1, y2 - -3.5 -3.5 3.5 3.5 -70 70;

Ниже (рисунок 6.1) приведена схема системы с включением блока реле неоднозначное с зонами нечувствительности (выполнена с помощью ПО ПК «МВТУ»).

 

Рисунок 6.1 – Схема системы с включением блока реле

В этом случае график процесса, протекающего в системе, будет выглядеть следующим образом (рисунок 6.2):

Рисунок 6.2 - График процесса, протекающего в системе при подключении реле

Фазовый портрет представлен на графике (рис. 6.3):

Рисунок 6.3 – Фазовый портрет процесса, протекающего в системе при подключении реле

Как следует из приведённых выше графиков, в системе возникают незатухающие колебания. Амплитуда колебаний зависит от начальных условий и, следовательно, эти колебания являются автоколебаниями. Для устранения колебаний необходимо ввести в систему обратную связь с апериодическим звеном первого порядка и сумматором. Обратная связь необходима для того, чтобы предсказать время отключения реле в момент, когда оно ещё не достигло зоны нечувствительности.

Схема линейного регулятора (выполнена в программе ПК «МВТУ») изображена на рисунке 6.4.

Рисунок 6.4 – Схема релейного регулятора

Таким образом был сконструирован релейный регулятор, обеспечивающий перевод объекта из начального состояния x_н=0 в конечное состояние x_к=40 В. Теперь можно приступить к оптимизации структуры и подбору численных значений.

7. ВЫБОР СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ

 

Как уже было показано, в качестве оптимальной структуры релейного регулятора может быть использована структура, обоснованная в п.6 (рис. 6.4).

Рисунок 7.1 – Схема релейного регулятора

В качестве численных значений изменяемых параметров структуры – значение коэффициентов и постоянной времени апериодического звена первого порядка. По умолчанию значение параметров:

1) Вектор коэффициентов – 1;

2) Вектор постоянных времени Т, с – 1;

При таких значениях график процесса, протекающего в системе будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 7.2 – График процесса, протекающего в системе

Фазовый портрет процессов представлен на рисунке 7.3

Рисунок 7.3 – Фазовый портрет процессов, протекающих в системе

На рисунке 7.2 видно ,что присутствие обратной связи с апериодическим звеном 1-го порядка выводит систему из колебательного состояния, т.е. обратная связь останавливает реле до того как оно вошло в зону чувствительности.

Рисунок 7.3 представляет собой фазовый портрет системы.

Анализ графика (рис.6.2) даёт следующие результаты:

х_уст=40 B,=±3,5 B.

t_н= 69.43 c. Достигается при t = х_уст.

x_max = 61.1311 B. Достигается при t = 18.6964 c

 

%

Составим передаточную функцию замкнутой обратной связи:

Необходимо согласовать какое постоянное время необходимо поставить. Для этого решим уравнение, представленное формулой (3), из которого можно вычислить постоянное время (T).

 , где (3)

y – выходной сигнал,

x – входной сигнал,

t – время за которое входной сигнал доходит до 70 В.

Так как входной сигнал равен 70В, выходной сигнал равен 40, время за которое входной сигнал доходит до 70В равно 3 секунды (время берется из рисунка 7.4)

Рисунок 7.4 – График сигнала, преобразованного звеном обратной связи.

Подставим значение в (3):

с.

Подставим в апериодическое звено постоянное время равное 1,7 секунды. Посмотрим поведения переходного процесса при таких параметрах:

1.

1) Вектор коэффициентов – 1;

2) Вектор постоянных времени Т, с – 1,7;

Рисунок 7.5 – График процесса, протекающего в системе

Рисунок 7.6 – Фазовый портрет процессов, протекающих в системе

В переходном режиме качество системы не удовлетворяет требованиям, следовательно, чтоб в замкнутой системе регулирования имели место плавные (без перерегулирования) и быстрые переходные процессы необходимо увеличить коэффициент усиления звена, что понизит колебательный процесс.

2.

1) Вектор коэффициентов – 2;

2) Вектор постоянных времени Т, с – 1,7;

При таких значениях график процесса, протекающего в системе будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 7.8 – График процесса, протекающего в системе

Фазовый портрет процессов представлен на рисунке 7.9

Рисунок 7.9 – Фазовый портрет процессов, протекающих в системе

Анализ графика (рис.7.8) даёт следующие результаты:

х_уст=40 B,=±3,5 B.

t_н= 20.55 с. Достигается при t = х_уст.

x_max = 41.09 B. Достигается при t = 27.65 c

%, что находится в рамках допустимого.

Таким образом была выбрана структура и численные значения параметров для обеспечения в замкнутой системе регулирования плавных (без перерегулирования) и быстрых переходных процессов, ошибка регулирования не превышает 3.5 В.

Таким образом была выбрана структура и численные значения параметров для обеспечения в замкнутой системе регулирования плавных (без перерегулирования) и быстрых переходных процессов, ошибка регулирования не превышает 3.5 В. Параметры указаны в Таблице 2.

Таблица 2 – Подобранные параметры для звена обратной связи

Коэффициент усиления	2
Постоянная времени	1.7
Вектор начальных условий	0

ВЫВОДЫ

В процессе написания курсовой работы был проведён анализ динамических свойств отдельно объекта управления и системы управления в целом, данных в задании, при помощи программы ПК «МВТУ», позволяющей вести расчёты в системах управления, сконструированных непосредственно в программе.

На базе данной системы управления был сконструирован релейный регулятор, к которому были подобраны параметры, отвечающие требованиям задания, что позволило понять на практике каким образом действуют релейные регуляторы и осуществляется переходной процесс в системе управления.

ЛИТЕРАТУРА

 

1.                 Бесекерский В.А.Теория систем автоматического регулирования.1975;

2.                 Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления.1989