Система автоматического управления током дуги

В связи с этим актуальны проблемы выбора структуры многопроцессорной САУ, обеспечивающей требуемые топологию, производительность, отказоустойчивость и живучесть системы, а также разработки высокоэффективных алгоритмов обработки данных, их хранения и выработки управляющих сигналов, удовлетворяющих заданным критериям качества функционирования САУ.К настоящему времени накоплен значительный багаж знаний и опыта по разработке и эксплуатации микропроцессорных систем различного назначения: информационных, вычислительных, управляющих и т.д. Развиты многочисленные вопросы теории и практики, связанные с построением распределенных сетей мини- и микроЭВМ, многопроцессорных многофункциональных и специализированных структур, обработкой алгоритмов оптимального цифрового управления.В МПСАУ можно выделить структуры с централизованным, децентрализованным и комбинированным управлением. В МПСАУ с централизованным управлением задача обработки сигналов с целью формирования управляющих воздействий решается центральным цифровым управляющим устройством, соединенным многими каналами связи с объектом (или объектами) управления.2 Расчетная часть2.1 Составление структурной схемы САУ и определение передаточной функции2.1.1 Определение типа и характера звеньев системыЗвено 3 (рис. 1) – усилитель рассогласованияПередаточная функция звена 3Идеальное усилительное (безынерционное) звеноЗвено 4 - инверторАпериодическое (инерционное) звено второго порядкаЗвено 5 – ВЧ Тр-рАпериодическое (инерционное) звено первого порядкаЗвено 6 – выпрямитель, фильтр, стабилизаторАпериодическое (инерционное) звено первого порядкаЗвено 7 – дуга сварочнаяИдеальное усилительное (безынерционное) звеноЗвено 8 – датчик тока дугиИдеальное усилительное (безынерционное) звеноЗвено 9 – усилительИдеальное усилительное (безынерционное) звено2.1.2 Составление структурной схемы САУСтруктурная схема САУ будет выглядеть следующим образомРис. 8. Структурная схема САУ2.1.3 Расчет передаточных функций по задающему воздействию с операторной форме для разомкнутой и замкнутой системы2.1.3.1 Построение передаточной функции разомкнутой системы в операторной формеРазомкнутая система представляет собой последовательное соединение всех звеньев.2.1.3.2. Построение передаточной функции замкнутой системы в опера-торной форме2.1.3.3 Построение передаточной функции замкнутой системы в частотной формеПроизведем подстановку 2.1.3.4 Построение передаточной функции разомкнутой системы в частотной формеПроизведем подстановку 2.2 Построение частотных характеристик САУ2.2.1 Построение АФЧХ замкнутой системы2.2.1.1 Построение АФЧХ замкнутой системы по частотной передаточной функции замкнутой системыРис. 9. АФЧХ замкнутой системыРис. 10. АФЧХ замкнутой системы (начальная и конечная точки)2.2.1.2 Построение АФЧХ замкнутой системы по передаточной функции замкнутой системыРис. 11. АФЧХ замкнутой системыАФЧХ замкнутой системы построенные по частотной передаточной функции (рис. 9) и по операторной передаточной функции (рис. 11) совпадают.2.2.2 Построение АФЧХ разомкнутой системы2.2.2.1 Построение АФЧХ разомкнутой системы по частотной передаточной функции разомкнутой системыРис. 12. АФЧХ разомкнутой системыРис. 13. АФЧХ разомкнутой системы в окрестностях точки (-1; j0)2.2.2.2 Построение АФЧХ разомкнутой системы по передаточной функции разомкнутой системыРис. 14. АФЧХ разомкнутой системы2.2.2.3 Построение АФЧХ разомкнутой системы по частотным характеристикам отдельных звеньев системыЗапишем амплитудно-фазовые характеристики отдельных звеньевПостроим АФЧХ в Маткаде в полярных координатахРис. 15. АФЧХ разомкнутой системыАФЧХ замкнутой системы построенные по частотной передаточной функции (рис. 12), по операторной передаточной функции (рис. 14) и по АФЧХ отдельных звеньев (рис. 15) совпадают.2.2.3 Построение ЛАЧХ и ФЧХ системы управления2.2.3.1 Построение ЛАЧХ и ФЧХ замкнутой САУ по частотной передаточной функции замкнутой системыРис. 16. ЛАЧХ разомкнутой системыРис. 17. ЛФЧХ разомкнутой системы2.2.3.2 Построение ЛАЧХ и ФЧХ разомкнутой системы по передаточной функции разомкнутой системыРис. 18. ЛАЧХ разомкнутой системыРис. 19. ЛФЧХразомкнутой системы2.2.3.3 Построение ЛАЧХ и ФЧХ разомкнутой системы по частотным передаточным функциям отдельных звеньев системыРис. 20. ЛАЧХ разомкнутой системыРис. 21. ЛФЧХ разомкнутой системыТаким образом, полученные графики логарифмических частотных характеристик совпадают.2.3 Определение устойчивости САУ и запаса устойчивости по амплитуде и по фазе2.3.1 Определение устойчивости по расположению корней характеристического полинома замкнутой системы на комплексной плоскостиХарактеристический полином замкнутой системы имеет видНайдем его корни с помощью MathcadПолучили 2 отрицательных вещественных корня и пару комплексно-сопряженных корней с отрицательной вещественной частью.Так как корни отрицательные, т.е. располагаются с левой стороны от мнимой оси, то система устойчива, однако вещественная часть комплексно-сопряженной пары имеет очень малую величину, поэтому можно говорить о том, что система находится на границе устойчивости.2.3.2 Определение устойчивости по критерию ГурвицаХарактеристическое уравнение имеет видДля того, что бы система была устойчива необходимо, что бы все коэффициенты и В нашем случае все коэффициенты больше нуля, аСистема устойчива, однако разница невелика, поэтому считаем, что система находится на границе устойчивости.2.3.3 Определение устойчивости по критерию МихайловаПроизведем подстановку в характеристическом полиномеПриведем полученное выражение к видуРис. 22. Годограф МихайловаРис. 23. Годограф Михайлова в окрестностях точки (0;0)Так как годограф Михайлова проходит практически через точку (0;0), то система находится на границе устойчивости2.3.4 Определение устойчивости по критерию НайквистаДля определения устойчивости по критерию Найквиста вернемся к АФЧХ разомкнутой системы (рис. 13). На рисунке видно, что график проходит через точку (-1; j0) – это значит, что система находится на границе устойчивости.2.3.5 Определение устойчивости системы по ЛАЧХ и ФЧХПо ЛАЧХ и ФЧХ приведенным на рис. 24 определим частоту среза (частоту с усилением 0 Дб), 0,1 Гц в нашем случае. ФЧХ на частоте среза имеет значение -180°, что говорит о том, что система находится на границе устойчивости.Рис. 24. Определение устойчивости по ЛАЧХ и ФЧХТаким образом, в соответствии со всеми использованными критериями система находится на границе устойчивости.2.4 Обеспечение устойчивости САУТак как заданная система находится на границе устойчивости, уменьшим значение показателя в 2 раза, тогда передаточная функция разомкнутой системы будет равнаПроверим устойчивость системы и запасы устойчивости с помощью логарифмических частотных характеристик.Рис. 25. ЛАЧХ и ЛФЧХ устойчивой разомкнутой системыЧастота среза устойчивой системы равна 0,066. Значение фазовой характеристики на частоте 0,066 равно -158, запас по фазеФазовая характеристика имеет значение -180 на частоте 0,1, значение амплитудной характеристики на частоте 0,1 равно -6,66 дБ.Запас по амплитуде равен 6,66 дБ.2.5 Построение временных характеристик САУ и определение показателей качества2.5.1 Построение графиков переходной характеристики и импульсной переходной характеристикиПередаточная функция замкнутой системыИзображение переходной характеристикиС помощью Mathcadнайдем оригинал переходной характеристикиРис. 26. Переходная характеристикаИмпульсная характеристика является оригиналом передаточной функции замкнутой системыРис. 27. Импульсная характеристика2.5.2 Расчет показателей качества управления по переходной характеристике САУПо рис. 26 определим показатели качестваПереходный процесс колебательныйУстановившееся значение Время переходного процесса – обычно время вхождения переходной характеристики в диапазон , в нашем случае Время нарастания переходного процесса – время проходящее от до , в нашем случае Число колебаний до установившегося значения – 3Собственная частота 0,015, период 66 сек.Статическая ошибка ЗаключениеВ ходе проделанной работы была исследована на устойчивость САУ 4-го порядка.Заданной системе, находящейся на границе устойчивости была обеспечена устойчивость.Полученная устойчивая система была исследована на качество регулирования.Список использованной литературыБесекерский В.А., Попов Е.И. Теория систем автоматического управления / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. – Изд. 4-е, перераб. и доп. – СПб.: Изд-во «Профессия», 2003. – 752 с.Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования. – 2-е изд., перераб. и доп. – К.: Выщашк. Головное изд-во, 1980. – 431 с.Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.1. Линейные системы. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. – 288 с.Лукас, В. А. Теория автоматического управления: учебное пособие. 4-е издание, исправленное / В.А.Лукас. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005.-677с. Макаров И. М., Менский Б. М. Линейные автоматические системы (элементы теории, методы расчета и справочный материал). — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1982. — 504 c.Семенов В.В. и др. Методы описания, анализа и синтеза нелинейных систем управления: Учеб.пособие/ В.В. Семенов, А.В. Пантелеев, Е.А. Руденко, А.С. Бортаковский. – М.: Изд-во МАИ, 1993. – 312 с.