Файл: Лабораторная работа 5 Исследование устойчивости нелинейных сар. Вариант 4 студенты Проверил Дилигенская А. Н.docx

МИНОБРНАУКИ РОССИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «СамГТУ»)

Лабораторная работа №5

Исследование устойчивости нелинейных САР.

Вариант №4


Выполнил: студенты

Проверил:

Дилигенская А.Н.,

Левин И.С.

Самара, 2022

Цель работы

Исследование устойчивости нелинейных САР.

Задание

1. Задание 1

1) Смоделировать линейную и нелинейную САР с номинальным коэффициентом П-регулятора . При моделировании ДПТ с заслонкой в нелинейной модели САР использовать блок Integrator, настроенный с учетом ограничения выходного сигнала (угол поворота заслонки от до )

2) Изучить поведение линейной и нелинейной моделей САР при запуске нагрева холодного барабана (задающее значение температуры установить равным ). В этом случае в начале процесса значение сигнала рассогласования велико, нелинейная САР выходит на режим ограничения. Сравнить результаты работы линейной и нелинейной модели. Контролировать на осциллографе выходные сигналы систем и сигналы с выхода ИМ. Не забывать устанавливать подходящее время симулирования (дожидаться окончания переходного процесса).

3) После окончания переходного процесса подать приращение задания на (запуск горячего барабана).



Рисунок 1- Приращение задания на

---

(запуск горячего барабана)

Для моделирования приращения входного воздействия использовать блок Step, в котором в поле Step time установить время начала подачи приращения сигнала (момент ) и значение приращения . Значение не должно быть ранее момента окончания переходного процесса. Сравнить результаты работы линейной и нелинейной модели, сделать выводы.

4) Увеличить коэффициент П-регулятора до значения , и повторить пункты 2), 3).

Таблица 1

Исходные данные

5.2	0.18/0.9	80/50

2. Выполнение заданий

Рисунок 2 – Функциональная схема САР температуры в сушильном барабане

Назначение САР: в сушильном барабане следует поддерживать температуру, задаваемую технологом, регулируя подачу газа путем изменения положения заслонки в газопроводе. В общих чертах работа САР осуществляется следующим образом. Датчик температуры подает на устройство сравнения напряжение, пропорциональное температуре в барабане, которое сравнивается с напряжением задания и разность поступает на П-регулятор 3 (усилитель). С П-регулятора напряжение подается на реверсивный двигатель постоянного тока (ДПТ), который поворачивает заслонку в пределах от 00 (закрыта) до 900 (полностью открыта), регулируя подачу газа.

Увеличение задания (требуемой температуры) приводит к появлению рассогласования на входе П-регулятора, которое приводит к вращению вала ДПТ и открытию заслонки. В барабан поступает больше горючего газа, и температура там повышается. В результате рассогласование на выходе устройства сравнения устремляется к нулю, и температура выходит и поддерживается на требуемом уровне.

---

Так САР работает в линейном режиме.

Но если задать чрезмерно высокую требуемую температуру, то заслонка откроется полностью, но и максимальное поступление газа не позволит разогреть среду в барабане до требуемого значения. Как видно, максимальная температура в барабане ограничена уровнем подачи газа при полностью открытой заслонке. В этом и проявилась ее нелинейность: нельзя открыть заслонку более чем на 100 % и закрыть менее чем на 0 %.

1. Выполнение задания 1

Передаточная функция сушильного барабана:

Передаточную функцию датчика принять равной единице.

Для моделирования ДПТ с заслонкой, помещенной в трубе подачи газа в нелинейной модели использовать нелинейный блок интегратор с ограничением, а в линейной модели использовать обычный линейный интегратор.

Ввиду наличия в контуре интегратора, в линейном режиме САР является астатической, с астатизмом первого порядка.


Рисунок 3 – Схема реализации задания 1 в MATLAB



Поведение линейной и нелинейной модели САР при запуске горячего барабана.

---

Рисунок 9 – Настройка блока Step



Рисунок 10 – График выходного сигнала исполнительного механизма (ИМ)



Рисунок 11 – График выходного сигнала системы

4. Выполнение задания 4

Поведение линейной и нелинейной модели САР при запуске нагрева холодного барабана при увеличении коэффициента П-регулятора.



Рисунок 12 – Схема реализации задания 4 в MATLAB



Рисунок 13 – Настройка блока Step



Рисунок 14 – График выходного сигнала нелинейной части исполнительного механизма (ИМ)



Рисунок 15 – График выходного сигнала нелинейной части системы



Рисунок 16 – График выходного сигнала линейной части исполнительного механизма (ИМ)



Рисунок 17 – График выходного сигнала линейной части системы



Рисунок 18 – График выходного сигнала исполнительного механизма (ИМ)



Рисунок 19 – График выходного сигнала системы

Поведение линейной и нелинейной модели САР при запуске горячего барабана при увеличении коэффициента П-регулятора.

---

Рисунок 20 – Настройка блока Step



Рисунок 21 – График выходного сигнала нелинейной части исполнительного механизма (ИМ)



Рисунок 22 – График выходного сигнала нелинейной части системы



Рисунок 23 – График выходного сигнала линейной части исполнительного механизма (ИМ)



Рисунок 24 – График выходного сигнала линейной части системы



Рисунок 25 – График выходного сигнала исполнительного механизма (ИМ)



Рисунок 26 – График выходного сигнала системы

5. Выполнение задания 5

Дополнительное задание: подобрать такие параметры , при котором в начале переходного процесса графики выходного сигнала будут различными, а при подаче приращения входного сигнала – примерно похожими.



Рисунок 27 – Схема реализации задания 5 (дополнительное) в MATLAB



Рисунок 28 – Настройка блока Step



Рисунок 29 – График выходного сигнала нелинейной части исполнительного механизма (ИМ)



Рисунок 30 – График выходного сигнала нелинейной части системы

Вывод

Таким образом, были исследованы устойчивости нелинейных САР.

---