Курсовая работа
по предмету: Автоматизация технологических процессов и
производств.
Тема: Расчет настроек автоматического регулятора.
Выполнил: ст-т гр. АТП-93
Никулина Д. В.
Проверил: Бильфельд Н. В.
г. Березники, 1998
Содержание.
1. Координаты кривых разгона.
1.1 Схемы для Ремиконта.
1.2 Координаты и график кривой разгона по возмущению.
1.3 Координаты и график кривой разгона по заданию.
1.4 Координаты и график кривой разгона по управлению.
2. Интерполяция по 3 точкам.
2.1 Линейное сглаживание и график кривой разгона по возмущению.
2.2 Линейное сглаживание и график кривой разгона по заданию.
2.3 Линейное сглаживание и график кривой разгона по управлению.
3. Нормирование кривых разгона.
3.1 Нормирование кривой разгона по возмущению.
3.2 Нормирование кривой разгона по заданию.
3.3 Нормирование кривой разгона по управлению.
4. Аппроксимация методом Симою.
4.1 По возмущению.
4.2 По заданию.
4.3 По управлению.
5. Проверка аппроксимации методом Рунге - Кутта.
5.1 По возмущению.
5.2 По заданию.
5.3 По управлению.
5.4 Сравнение передаточных функций.
5.5 Сравнение кривых разгона.
6. Расчет одноконтурной АСР методом Роточа.
Задание
Исследовать работу комбинированной автоматической системы управления в целом и ее отдельных контуров. Провести расчет оптимальных настроечных параметров регуляторов АСР.
Координаты кривой разгона
С помощью программы связи ЭВМ с контроллером снимаем координаты кривой разгона.
Для этого сначала поочередно программируем Ремиконт:
1. по возмущению
2. по заданию
3. по управлению
В программе тренды меняя задание добиваемся устойчивости систем.
После того как системы установились приступаем к проведению эксперимента. Для этого устанавливаем алгоблок 11 с которого будем снимать кривую разгона, алгоблок 11 на который будем подавать скачек, амплитуду скачка 10 и интервал времени 0,5.
После просмотра полученных точек кривых разгона удаляем одинаковые.
И строим соответствующие графики.
2.1 Координаты и график кривой разгона по каналу возмущения
табл.2.1
0,0000 | 39,0000 | 11,0000 | 47,1500 | ||
1,0000 | 39,1500 | 11,5000 | 47,4500 | ||
1,5000 | 39,3500 | 12,0000 | 47,6000 | ||
2,0000 | 40,0000 | 12,5000 | 47,7000 | ||
2,5000 | 40,4000 | 13,0000 | 47,8500 | ||
3,0000 | 40,8000 | 13,5000 | 48,0500 | ||
3,5000 | 41,2000 | 14,0000 | 48,1000 | ||
4,0000 | 42,0500 | 14,5000 | 48,2000 | ||
4,5000 | 42,5000 | 15,0000 | 48,2500 | ||
5,0000 | 42,9000 | 15,5000 | 48,4000 | ||
5,5000 | 43,3000 | 16,0000 | 48,4500 | ||
6,0000 | 44,0500 | 16,5000 | 48,5000 | ||
6,5000 | 44,4000 | 17,0000 | 48,5500 | ||
7,0000 | 44,7500 | 17,5000 | 48,6500 | ||
7,5000 | 45,1000 | 19,0000 | 48,7000 | ||
8,0000 | 45,6500 | 19,5000 | 48,7540 | ||
8,5000 | 45,9000 | 20,0000 | 48,8000 | ||
9,0000 | 46,1500 | 21,5000 | 48,8500 | ||
9,5000 | 46,4000 | 22,0000 | 48,9000 | ||
10,0000 | 46,8000 | 26,5000 | 48,9500 | ||
10,5000 | 47,0000 | 27,0000 | 49,0000 |
2.2 Координаты и график кривой разгона для внутреннего канала
табл.2.2
0,0000 | 58,0000 | 15,0000 | 65,9500 | ||
1,0000 | 58,0500 | 15,5000 | 66,1000 | ||
1,5000 | 58,3000 | 16,0000 | 66,2000 | ||
2,0000 | 58,4500 | 16,5000 | 66,4000 | ||
2,5000 | 58,7000 | 17,0000 | 66,5000 | ||
3,0000 | 59,2000 | 18,5000 | 66,6000 | ||
3,5000 | 59,4500 | 18,0000 | 66,6500 | ||
4,0000 | 59,7000 | 18,5000 | 66,8000 | ||
4,5000 | 60,0000 | 19,0000 | 66,9000 | ||
5,0000 | 60,6000 | 19,5000 | 66,9500 | ||
5,5000 | 60,8500 | 20,0000 | 67,0500 | ||
6,0000 | 61,1500 | 20,5000 | 67,1500 | ||
6,5000 | 61,4500 | 21,0000 | 67,2000 | ||
7,0000 | 62,0000 | 21,5000 | 67,2500 | ||
7,5000 | 62,3000 | 22,0000 | 67,3000 | ||
8,0000 | 62,5500 | 22,5000 | 67,3500 | ||
8,5000 | 62,8000 | 23,0000 | 67,4000 | ||
9,0000 | 63,3000 | 23,5000 | 67,4500 | ||
9,5000 | 63,5500 | 24,0000 | 67,5000 | ||
10,0000 | 63,7500 | 24,5000 | 67,5500 | ||
10,5000 | 64,0000 | 25,0000 | 67,6000 | ||
11,0000 | 64,4000 | 26,0000 | 67,6500 | ||
11,5000 | 64,5500 | 26,5000 | 67,7000 | ||
12,0000 | 64,7500 | 28,0000 | 67,7500 | ||
12,5000 | 64,9500 | 29,0000 | 67,8000 | ||
13,0000 | 65,2500 | 31,5000 | 67,8500 | ||
13,5000 | 65,4000 | 32,0000 | 67,9000 | ||
14,0000 | 65,5500 | 39,0000 | 67,9500 | ||
14,5000 | 65,8500 | 39,5000 | 68,0000 |
2.3 Координаты и график кривой разгона основного контура
табл 2.3
0,0000 | 50,9500 | 14,5000 | 58,4000 | ||
0,5000 | 50,9500 | 15,0000 | 58,5500 | ||
1,0000 | 51,0000 | 15,5000 | 58,7500 | ||
1,5000 | 51,0500 | 16,0000 | 59,0000 | ||
2,0000 | 51,1000 | 16,5000 | 59,1500 | ||
2,5000 | 51,2000 | 17,0000 | 59,2500 | ||
3,0000 | 51,5000 | 17,5000 | 59,3500 | ||
3,5000 | 51,6500 | 18,0000 | 59,6000 | ||
4,0000 | 51,8500 | 18,5000 | 59,6500 | ||
4,5000 | 52,0500 | 19,0000 | 59,7500 | ||
5,0000 | 52,5000 | 19,5000 | 59,8500 | ||
5,5000 | 52,8000 | 20,0000 | 60,0000 | ||
6,0000 | 53,0500 | 20,5000 | 60,1000 | ||
6,5000 | 53,6000 | 21,0000 | 60,1500 | ||
7,0000 | 53,9000 | 21,5000 | 60,2000 | ||
7,5000 | 54,1500 | 22,0000 | 60,3000 | ||
8,0000 | 54,4500 | 22,5000 | 60,3500 | ||
8,5000 | 55,0000 | 23,0000 | 60,4000 | ||
9,0000 | 55,3000 | 23,5000 | 60,5000 | ||
9,5000 | 55,5500 | 24,0000 | 60,5500 | ||
10,0000 | 55,8500 | 25,0000 | 60,6000 | ||
10,5000 | 56,3500 | 25,5000 | 60,6500 | ||
11,0000 | 56,6000 | 26,0000 | 60,7000 | ||
11,5000 | 56,8500 | 27,0000 | 60,7500 | ||
12,0000 | 57,0500 | 27,5000 | 60,8000 | ||
12,5000 | 57,5000 | 30,0000 | 60,8500 | ||
13,0000 | 57,7000 | 30,5000 | 60,9000 | ||
13,5000 | 57,9000 | 36,0000 | 60,9500 | ||
14,0000 | 58,0500 | 36,5000 | 61,0000 |
3. Интерполяция по трем точкам.
В программе ASR, пользуясь пунктом “интерполировать по 3-м” поочередно считаем кривые разгона и строим соответствующий график.
3.1.Линейное сглаживание и график кривой разгона для внешнего контура
табл. 3.1
0,0000 | 38,9914 | 11,0000 | 47,2000 | ||
1,0000 | 39,1667 | 11,5000 | 47,4000 | ||
1,5000 | 39,5000 | 12,0000 | 47,5833 | ||
2,0000 | 39,9167 | 12,5000 | 47,7167 | ||
2,5000 | 40,4000 | 13,0000 | 47,8667 | ||
3,0000 | 40,8000 | 13,5000 | 48,0000 | ||
3,5000 | 41,3500 | 14,0000 | 48,1167 | ||
4,0000 | 41,9167 | 14,5000 | 48,1833 | ||
4,5000 | 42,4833 | 15,0000 | 48,2833 | ||
5,0000 | 42,9000 | 15,5000 | 48,3667 | ||
5,5000 | 43,4167 | 16,0000 | 48,4500 | ||
6,0000 | 43,9167 | 16,5000 | 48,5000 | ||
6,5000 | 44,4000 | 17,0000 | 48,5667 | ||
7,0000 | 44,7500 | 17,5000 | 48,6333 | ||
7,5000 | 45,1667 | 19,0000 | 48,7000 | ||
8,0000 | 45,5500 | 19,5000 | 48,7500 | ||
8,5000 | 45,9000 | 20,0000 | 48,8000 | ||
9,0000 | 46,1500 | 21,5000 | 48,8500 | ||
9,5000 | 46,4500 | 22,0000 | 48,9000 | ||
10,0000 | 46,7333 | 26,5000 | 48,9500 | ||
10,5000 | 46,9833 | 27,0000 | 49,0000 |
3.2. Линейное сглаживание и график кривой разгона для внутреннего контура
табл 3.2
0,0000 | 57,9667 | 15,0000 | 65,9667 | ||
1,0000 | 58,1167 | 15,5000 | 66,0833 | ||
1,5000 | 58,2667 | 16,0000 | 66,2333 | ||
2,0000 | 58,4833 | 16,5000 | 66,3667 | ||
2,5000 | 58,7833 | 17,0000 | 66,5000 | ||
3,0000 | 59,1167 | 18,5000 | 66,5833 | ||
3,5000 | 59,4500 | 18,0000 | 66,6833 | ||
4,0000 | 59,7167 | 18,5000 | 66,7833 | ||
4,5000 | 60,1000 | 19,0000 | 66,8833 | ||
5,0000 | 60,4833 | 19,5000 | 66,9667 | ||
5,5000 | 60,8667 | 20,0000 | 67,0500 | ||
6,0000 | 61,1500 | 20,5000 | 67,1333 | ||
6,5000 | 61,5333 | 21,0000 | 67,2000 | ||
7,0000 | 61,9167 | 21,5000 | 67,2500 | ||
7,5000 | 62,2833 | 22,0000 | 67,3000 | ||
8,0000 | 62,5500 | 22,5000 | 67,3500 | ||
8,5000 | 62,8833 | 23,0000 | 67,4000 | ||
9,0000 | 63,2167 | 23,5000 | 67,4500 | ||
9,5000 | 63,5333 | 24,0000 | 67,5000 | ||
10,0000 | 63,7667 | 24,5000 | 67,5500 | ||
10,5000 | 64,0500 | 25,0000 | 67,6000 | ||
11,0000 | 64,3167 | 26,0000 | 67,6500 | ||
11,5000 | 64,5667 | 26,5000 | 67,7000 | ||
12,0000 | 64,7500 | 28,0000 | 67,7500 | ||
12,5000 | 64,9833 | 29,0000 | 67,8000 | ||
13,0000 | 65,2000 | 31,5000 | 67,8500 | ||
13,5000 | 65,4000 | 32,0000 | 67,9000 | ||
14,0000 | 65,6000 | 39,0000 | 67,9500 | ||
14,5000 | 65,7833 | 39,5000 | 68,0000 |
3.3 Линейное сглаживание и график кривой разгона по основному каналу
табл. 3.3
0,0000 | 50,9500 | 14,5000 | 58,3333 | ||
0,5000 | 50,9500 | 15,0000 | 58,5667 | ||
1,0000 | 51,0000 | 15,5000 | 58,7667 | ||
1,5000 | 51,0500 | 16,0000 | 58,9667 | ||
2,0000 | 51,1167 | 16,5000 | 59,1333 | ||
2,5000 | 51,2667 | 17,0000 | 59,2500 | ||
3,0000 | 51,4500 | 17,5000 | 59,4000 | ||
3,5000 | 51,6667 | 18,0000 | 59,5333 | ||
4,0000 | 51,8500 | 18,5000 | 59,6667 | ||
4,5000 | 52,1333 | 19,0000 | 59,7500 | ||
5,0000 | 52,4500 | 19,5000 | 59,8667 | ||
5,5000 | 52,7833 | 20,0000 | 59,9833 | ||
6,0000 | 53,1500 | 20,5000 | 60,0833 | ||
6,5000 | 53,5167 | 21,0000 | 60,1500 | ||
7,0000 | 53,8833 | 21,5000 | 60,2167 | ||
7,5000 | 54,1667 | 22,0000 | 60,2833 | ||
8,0000 | 54,5333 | 22,5000 | 60,3500 | ||
8,5000 | 54,9167 | 23,0000 | 60,4167 | ||
9,0000 | 55,2833 | 23,5000 | 60,4833 | ||
9,5000 | 55,5667 | 24,0000 | 60,5500 | ||
10,0000 | 55,9167 | 25,0000 | 60,6000 | ||
10,5000 | 56,2667 | 25,5000 | 60,6500 | ||
11,0000 | 56,6000 | 26,0000 | 60,7000 | ||
11,5000 | 56,8333 | 27,0000 | 60,7500 | ||
12,0000 | 57,1333 | 27,5000 | 60,8000 | ||
12,5000 | 57,4167 | 30,0000 | 60,8500 | ||
13,0000 | 57,7000 | 30,5000 | 60,9000 | ||
13,5000 | 57,8833 | 36,0000 | 60,9500 | ||
14,0000 | 58,1167 | 36,5000 | 61,0000 |
4. Нормирование кривых разгона.
С помощью программы ASR в пункте нормировать последовательно производим нормирование сглаженных кривых и упорядочиваем время начиная с 0,0000, с шагом 0,5 для того чтобы привести полученную динамическую характеристику к единичному виду.
4.1 Нормированная кривая разгона для внешнего контура
табл.4.1
0,0000 | 0,0000 | 10,5000 | 0,8201 | ||
0,5000 | 0,0175 | 11,0000 | 0,8401 | ||
1,0000 | 0,0508 | 11,5000 | 0,8585 | ||
1,5000 | 0,0924 | 12,0000 | 0,8718 | ||
2,0000 | 0,1407 | 12,5000 | 0,8868 | ||
2,5000 | 0,1807 | 13,0000 | 0,9001 | ||
3,0000 | 0,2356 | 13,5000 | 0,9117 | ||
3,5000 | 0,2923 | 14,0000 | 0,9184 | ||
4,0000 | 0,3489 | 14,5000 | 0,9284 | ||
4,5000 | 0,3905 | 15,0000 | 0,9367 | ||
5,0000 | 0,4421 | 15,5000 | 0,9450 | ||
5,5000 | 0,4921 | 16,0000 | 0,9500 | ||
6,0000 | 0,5404 | 16,5000 | 0,9567 | ||
6,5000 | 0,5754 | 17,0000 | 0,9634 | ||
7,0000 | 0,6170 | 18,5000 | 0,9700 | ||
7,5000 | 0,6553 | 18,0000 | 0,9750 | ||
8,0000 | 0,6903 | 18,5000 | 0,9800 | ||
8,5000 | 0,7152 | 19,0000 | 0,9850 | ||
9,0000 | 0,7452 | 19,5000 | 0,9900 | ||
9,5000 | 0,7735 | 20,0000 | 0,9950 | ||
10,0000 | 0,7985 | 20,5000 | 1,0000 |
4.2 Нормированная кривая разгона для внутреннего контура
табл.4.2
0,0000 | 0,0000 | 14,5000 | 0,7973 | ||
0,5000 | 0,0150 | 15,0000 | 0,8090 | ||
1,0000 | 0,0299 | 15,5000 | 0,8239 | ||
1,5000 | 0,0515 | 16,0000 | 0,8372 | ||
2,0000 | 0,0814 | 16,5000 | 0,8505 | ||
2,5000 | 0,1146 | 17,0000 | 0,8588 | ||
3,0000 | 0,1478 | 17,5000 | 0,8688 | ||
3,5000 | 0,1744 | 18,0000 | 0,8787 | ||
4,0000 | 0,2126 | 18,5000 | 0,8887 | ||
4,5000 | 0,2508 | 19,0000 | 0,8970 | ||
5,0000 | 0,2890 | 19,5000 | 0,9053 | ||
5,5000 | 0,3173 | 20,0000 | 0,9136 | ||
6,0000 | 0,3555 | 20,5000 | 0,9203 | ||
6,5000 | 0,3937 | 21,0000 | 0,9252 | ||
7,0000 | 0,4302 | 21,5000 | 0,9302 | ||
7,5000 | 0,4568 | 22,0000 | 0,9352 | ||
8,0000 | 0,4900 | 22,5000 | 0,9402 | ||
8,5000 | 0,5233 | 23,0000 | 0,9452 | ||
9,0000 | 0,5548 | 23,5000 | 0,9502 | ||
9,5000 | 0,5781 | 24,0000 | 0,9551 | ||
10,0000 | 0,6063 | 24,5000 | 0,9601 | ||
10,5000 | 0,6329 | 25,0000 | 0,9651 | ||
11,0000 | 0,6578 | 25,5000 | 0,9701 | ||
11,5000 | 0,6761 | 26,0000 | 0,9751 | ||
12,0000 | 0,6993 | 26,5000 | 0,9801 | ||
12,5000 | 0,7209 | 27,0000 | 0,9850 | ||
13,0000 | 0,7409 | 27,5000 | 0,9900 | ||
13,5000 | 0,7608 | 28,0000 | 0,9950 | ||
14,0000 | 0,7791 | 28,5000 | 1,0000 |
4.3 Нормированная кривая разгона по основному каналу
табл. 4.3
0,0000 | 0,0000 | 14,5000 | 0,7579 | ||
0,5000 | 0,0050 | 15,0000 | 0,7779 | ||
1,0000 | 0,0100 | 15,5000 | 0,7977 | ||
1,5000 | 0,0166 | 16,0000 | 0,8143 | ||
2,0000 | 0,0315 | 16,5000 | 0,8259 | ||
2,5000 | 0,0498 | 17,0000 | 0,8408 | ||
3,0000 | 0,0713 | 17,5000 | 0,8541 | ||
3,5000 | 0,0896 | 18,0000 | 0,8673 | ||
4,0000 | 0,1177 | 18,5000 | 0,8756 | ||
4,5000 | 0,1493 | 19,0000 | 0,8872 | ||
5,0000 | 0,1824 | 19,5000 | 0,8988 | ||
5,5000 | 0,2189 | 20,0000 | 0,9088 | ||
6,0000 | 0,2554 | 20,5000 | 0,9154 | ||
6,5000 | 0,2919 | 21,0000 | 0,9221 | ||
7,0000 | 0,3201 | 21,5000 | 0,9287 | ||
7,5000 | 0,3566 | 22,0000 | 0,9353 | ||
8,0000 | 0,3947 | 22,5000 | 0,9420 | ||
8,5000 | 0,4312 | 23,0000 | 0,9486 | ||
9,0000 | 0,4594 | 23,5000 | 0,9552 | ||
9,5000 | 0,4942 | 24,0000 | 0,9602 | ||
10,0000 | 0,5290 | 24,5000 | 0,9652 | ||
10,5000 | 0,5622 | 25,5000 | 0,9701 | ||
11,0000 | 0,5857 | 25,5000 | 0,9751 | ||
11,5000 | 0,6153 | 26,0000 | 0,9801 | ||
12,0000 | 0,6434 | 26,5000 | 0,9851 | ||
12,5000 | 0,6716 | 27,0000 | 0,9900 | ||
13,0000 | 0,6899 | 27,5000 | 0,9950 | ||
13,5000 | 0,7131 | 28,0000 | 1,0000 | ||
14,0000 | 0,7347 |
5. Аппроксимация методом Симою.
С помощью программы ASR в пункту аппроксимации последовательно считаем площади каждой из кривой разгона для последующего получения уравнения передаточной функции.
Для кривой разгона по внешнему контуру для объекта второго порядка получаем следующие данные:
Значения площадей:
F1= 6.5614
F2= 11.4658
F3= -4.5969
F4= -1.1636
F5= 44.0285
F6= -120.0300
Ограничимся второй площадью. F1<F2, а F3 отрицательная. Следовательно для определения передаточной функции необходимо решить систему уравнений:
a1 = F1 + b1
a2 = F2 + b2 + b1 F2
a3 = F3 + b3 + b2 F1 + b1 F2
a1 = 6.5614 + b1
a2 = 11.4658 + b1 6.5614
0 = - 4.5969 + b1 11.4658
Решив систему получаем: b1 = 0.4
a1 = 6.9614
a2 = 14.0904
Тогда передаточная функция объекта второго порядка по внешнему контуру имеет вид:
0.4 s
W(s)=-----------------------------
14.0904 s + 6.9614 s + 1
Для кривой разгона по внутреннему контуру для объекта второго порядка получаем следующие данные:
Значения площадей:
F1= 9.5539
F2= 24.2986
F3= -16.7348
F4= -14.7318
F5= 329.7583
F6= -1179.3989
Для определения передаточной функции решаем систему, так как F3<0.
a1 = 9.5539 + b1
a2 = 24.2986 + 9.5539 b2
0 = -16.7348 + b1 24.2986
Решив систему получаем: b1 = 0.6887
a1 = 10.2426
a2 = 30.8783
Тогда передаточная функция объекта второго порядка по внутреннему контуру имеет вид:
0.6887 s + 1
W(s) = -----------------------------
30.8783s + 10.2426 s + 1
Для кривой разгона по заданию для объкта третьего порядка с запаздыванием получаем следующие данные:
Значения площадей:
F1= 10.6679
F2= 38.1160
F3= 30.4228
F4= -46.5445
F5= 168.8606
F6= -33.3020
Так как F3<F2 и положительна, то ограничиваемся второй площадью и передаточная объекта третьего порядка по управлению имеет вид:
W(s) =-------------------------------
38.1160 s + 10.6679 s + 1
6. Проверка аппроксимации методом Рунге - Кутта.
В программе ASR в пункте передаточная функция задаем полученные передаточные функции. И затем строим графики экспериментальной и аналитической кривых разгона (по полученной передаточной функции).
6.1 Для кривой разгона по внешнему контуру
Устанавливаем для проверки методом Рунге-Кутта конечное время 27c, шаг 0,5с.
6.2 Для кривой разгона по внутреннему контуру
Устанавливаем конечное время 39с, шаг 0,5с.
6.3 Для кривой разгона по основному каналу
При задании передаточной функции учитываем чистое запаздывание 0,08с.
Устанавливаем конечное время 32с, шаг изменения 0,5с.
Получили, что кривые разгона практически одинаковы, следовательно аппроксимация методом Симою сделана верно.
6.4 Сравнение экспериментальных и исходных передаточных функции:
![]() |
объект исходная экспериментальная
передаточная передаточная
функция функция
![]() |
второго порядка 1 0.6887 s
по возмущению W(s)= ------------------ W(s)= -----------------------------
2 2
36 s + 12 s + 1 30,8783 s + 10.2426 s + 1
![]() |
второго порядка 1 0.4 s
по заданию W(s)= ------------------------------ W(s)= -------------------------------
2 2
16,1604 s + 8,04 s + 1 14.0904 s + 6.9614 s + 1
![]() |
третьего порядка 1 1
с запаздыванием W(s)= ------------------------------------- W(s)= -------------------------------
по управлению 3 2 2
91.125 s + 60.75 s + 13.5 s + 1 38.1160 s + 10.6679 s + 1
Анализируя таблицу можно сделать вывод о том, что передаточные функции второго порядка практически одинаковы, а третьего порядка значительно отличаются.
6.5 Сравнение экспериментальных и фактических кривых разгона.
Для исходных передаточных функций с помощью программы ASR, пунктов аппроксимация (создать передаточную функцию и изменить время) получим координаты кривых разгона и сравним их с экспериментальной кривой:
- по внешнему контуру
- по внутреннему контуру
- по основному каналу
Полученные значению передаточных функций не значительно отличают от фактических, что говорит о достаточно не большой погрешности между фактическими и экспериментальными данными.