Файл: Отчет по лабораторной работе 4 по дисциплине Теория автоматического управления.docx
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 133
Скачиваний: 7
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»Институт информационных технологийи управления в технических системахКафедра«Информатика и управление в технических системах»ОТЧЕТпо лабораторной работе №4 по дисциплине «Теория автоматического управления»Вариант № 3Выполнил:ст. группы УТС/б-19-2-оДимин М.Э.Принял:доцент кафедры ИУТСКарапетьян В.А.Севастополь20211 Цель работы Исследование методов и средств пакета имитационного моделирования Simulink для формирования, анализа и моделирования различных типов моделей линейных стационарных систем автоматического управления.2 Постановка задачиПервая часть работы: а) ознакомиться с содержанием второго раздела методических указаний и выполнить все иллюстративные примеры, приведенные в нём; б) при выполнении примеров необходимо научиться использовать различные источники и приёмники сигналов; сформировать векторные сигналы из скалярных и извлекать скалярные сигналы из векторных; изменять точность расчётов и т.д. Вторая часть работы:
а) сформировать Simulink-модель ДПТ по скорости и провести моделирование отдельно при управляющем воздействии, отдельно при возмущающем воздействии и при их совместном действии. Выполнить данный пункт для двух форм моделей ДПТ в виде ПФ. Графически сравнить результаты моделирования; б) провести моделирование САУ скоростью ДПТ с П- и ПИД-регулятором. Определить характер реакций системы на входные воздействия по графикам, построенным на основе данных, переданных из пакета Simulink в рабочую область MatLab (Workspace) через блок «To Workspace» библиотеки «Sinks»; в) провести моделирование следящей САУ с ПД-регулятором по углу по схеме. В качестве задающего воздействия принять угол в 5 градусов. Определить время отработки задающего воздействия. Проанализировать влияние внешнего возмущения МН на качество и точность отработки задающего воздействия. г) привести последовательность графо-аналитических (структурных) преобразования и получить ПФ рассматриваемой САУ по управлению и возмущению. Решить аналогичную задачу с помощью средства MatLab; д) построить Simulink-модель ДПТ в форме пространства состояний на основе уравнений (3.9 методических указаний). Уравнение выхода сформировать с учётом возможности измерения всех переменных состояния: угла поворота вала, угловой скорости вращения вала и тока в якорной цепи Управляющее и возмущающее воздействия организовать в один вектор внешних воздействий. Провести моделирование следящей САУ ДПТ по углу, начальные условия принять нулевыми. Дополнительно провести моделирование данной САУ и построить собственное движение системы для случая начального отклонения по углу, равного 2 градусам.3 Ход работы3.1 ЧАСТЬ 1 Таблица 3.1.1 – Код программы первой части работы.
Иллюстративный пример пункта 2.1 методических указаний представляет собой схему, изображённую на рисунке 3.1.2. Для схемы изменено время моделирования, параметры передаточной функции (ПФ), шаг выдачи результата.
Рисунок 3.1.1 – Simulink-модель иллюстративного примера 2.1.Рисунок 3.1.2 – Реакция модели на функцию Хэвисайда.Для схемы 3.1.1 посредством блока «To file» библиотеки Simulink сделан вывод в mat-файл «Dimin_data», из которого блоком «From file» производится изъятие значений.Рисунок 3.1.3 – Simulink-модель с записью значений в mat-файл.Рисунок 3.1.4 – Simulink-модель с чтением значений из mat-файл.Рисунок 3.1.5 – График, построенный по значениям, взятым из файла. В иллюстративном примере выше график результата моделирования был построен с помощью осциллографа. В примере пункта 2.5.2 построение графика происходит с помощью блока XY Graph.Рисунок 3.1.6 – Simulink-модель с выводом в XY Graph. Рисунок 3.1.7 – График, созданный блоком XY Graph. Пример интегрирования ступенчатого сигнала при интеграторах с подачей начального значения через внутренний параметр -2.2 (рис. 3.1.8(a)) и внешний порт (рис. 3.1.8 (b)).Рисунок 3.1.8 – Simulink-модель с интеграторами: а) с внутренним значением начальных условий; б) с внешним. Рисунок 3.1.9 – Результаты работы схемы с внутренним, внешним интеграторами соответственно. Передаточные функции:Рисунок 3.1.10 – Simulink-модель ПФ и её скалярного варианта.
Рисунок 3.1.11 – Результаты моделирования ПФ и её скалярного варианта. Использование переменных для задания параметров блоков. Вывод результатов моделирования в Workspace (рис. 3.1.12).Рисунок 3.1.12 – Simulink-модель и вывод её значений в Workspace.Рисунок 3.1.13 – Переменная out, созданная в Workspace.Рисунок 3.1.14 – Результаты моделирования ПФ и её скалярного варианта3.2 ЧАСТЬ 2Таблица 3.2.1 – Код программы второй части работы.
а) Формирование Simulink-модель ДПТ по скорости и моделирование отдельно при управляющем, возмущающем и совместном воздействии. Общее уравнение, описывающее модель ДПТ, имеет вид:где – ПФ ДПТ по управляющему воздействию; – ПФ ДПТ по возмущению.Или в одном из стандартных видов:
В выше представленных выражениях для ПФ ДПТ по управлению и возмущению введены параметры: Соответственно Simulink-модель ДПТ в терминах ПФ приведена на рисунке 3.2.1.Рисунок 3.2.1 – Simulink-модель ДПТ в терминах ПФ.Рисунок 3.2.2 – Simulink-модель ДПТ в терминах ПФ для общего, возмущающего и управляющего воздействий.Рисунок 3.2.3 – Результаты моделирования модели в виде ПФ. Модель ДПТ в терминах изображений переменных пространства состояний представлена на рисунке 3.2.4.Рисунок 3.2.4 – Simulink-модель ДПТ скоростного контура.Рисунок 3.2.5 – Simulink-модель ДПТ в терминах пространства состояний для общего, возмущающего и управляющего воздействий.Рисунок 3.2.6 – Результаты моделирования модели в пространстве состояний.б) Моделирование САУ скоростью ДПТ с П- и ПИД-регулятором. Определение характера реакций системы на входные воздействия по графикам, построенным на основе данных, переданных из пакета Simulink в рабочую область MatLab (Workspace) через блок «To Workspace» библиотеки «Sinks».Рисунок 3.2.7 – Simulink-схема САУ скорости с P-регулятором.Рисунок 3.2.8 – Simulink-схема САУ скорости с PID-регулятором.
| № вар. | R Ом | L мГн |   |   |   |
| 3 | 0.945 | 45.9 | 0.341 | 0.14 | 0.261 |
а) сформировать Simulink-модель ДПТ по скорости и провести моделирование отдельно при управляющем воздействии, отдельно при возмущающем воздействии и при их совместном действии. Выполнить данный пункт для двух форм моделей ДПТ в виде ПФ. Графически сравнить результаты моделирования; б) провести моделирование САУ скоростью ДПТ с П- и ПИД-регулятором. Определить характер реакций системы на входные воздействия по графикам, построенным на основе данных, переданных из пакета Simulink в рабочую область MatLab (Workspace) через блок «To Workspace» библиотеки «Sinks»; в) провести моделирование следящей САУ с ПД-регулятором по углу по схеме. В качестве задающего воздействия принять угол в 5 градусов. Определить время отработки задающего воздействия. Проанализировать влияние внешнего возмущения МН на качество и точность отработки задающего воздействия. г) привести последовательность графо-аналитических (структурных) преобразования и получить ПФ рассматриваемой САУ по управлению и возмущению. Решить аналогичную задачу с помощью средства MatLab; д) построить Simulink-модель ДПТ в форме пространства состояний на основе уравнений (3.9 методических указаний). Уравнение выхода сформировать с учётом возможности измерения всех переменных состояния: угла поворота вала, угловой скорости вращения вала и тока в якорной цепи Управляющее и возмущающее воздействия организовать в один вектор внешних воздействий. Провести моделирование следящей САУ ДПТ по углу, начальные условия принять нулевыми. Дополнительно провести моделирование данной САУ и построить собственное движение системы для случая начального отклонения по углу, равного 2 градусам.3 Ход работы3.1 ЧАСТЬ 1 Таблица 3.1.1 – Код программы первой части работы.
| % Вариант 3 clc; clear; close; %% Y_s=[0 1; 2 2]; a = 6; b = 1; c = 0.2; |
Рисунок 3.1.1 – Simulink-модель иллюстративного примера 2.1.Рисунок 3.1.2 – Реакция модели на функцию Хэвисайда.Для схемы 3.1.1 посредством блока «To file» библиотеки Simulink сделан вывод в mat-файл «Dimin_data», из которого блоком «From file» производится изъятие значений.Рисунок 3.1.3 – Simulink-модель с записью значений в mat-файл.Рисунок 3.1.4 – Simulink-модель с чтением значений из mat-файл.Рисунок 3.1.5 – График, построенный по значениям, взятым из файла. В иллюстративном примере выше график результата моделирования был построен с помощью осциллографа. В примере пункта 2.5.2 построение графика происходит с помощью блока XY Graph.Рисунок 3.1.6 – Simulink-модель с выводом в XY Graph. Рисунок 3.1.7 – График, созданный блоком XY Graph. Пример интегрирования ступенчатого сигнала при интеграторах с подачей начального значения через внутренний параметр -2.2 (рис. 3.1.8(a)) и внешний порт (рис. 3.1.8 (b)).Рисунок 3.1.8 – Simulink-модель с интеграторами: а) с внутренним значением начальных условий; б) с внешним. Рисунок 3.1.9 – Результаты работы схемы с внутренним, внешним интеграторами соответственно. Передаточные функции:Рисунок 3.1.10 – Simulink-модель ПФ и её скалярного варианта.
Рисунок 3.1.11 – Результаты моделирования ПФ и её скалярного варианта. Использование переменных для задания параметров блоков. Вывод результатов моделирования в Workspace (рис. 3.1.12).Рисунок 3.1.12 – Simulink-модель и вывод её значений в Workspace.Рисунок 3.1.13 – Переменная out, созданная в Workspace.Рисунок 3.1.14 – Результаты моделирования ПФ и её скалярного варианта3.2 ЧАСТЬ 2Таблица 3.2.1 – Код программы второй части работы.
| % Вариант 3 clc; clear; close; %% Part 1 Y_s=[0 1; 2 2]; a = 6; b = 1; c = 0.2; %% Part 2 % а) L = 0.0459; R = 0.945; km = 0.261; ke = 0.341; J = 0.14; % б) Kp = 30,9; Ki = 94,7; Kd = 1,4; %% subplot(2,1,1); plot(out.P_regular); title('График моделирования ДПТ с P-регулятором'); grid on; xlabel('Время'); ylabel('Угловая скорость вращения вала'); subplot(2,1,2); plot(out.PID_regular); title('График моделирования ДПТ с PID-регулятором'); grid on; xlabel('Время'); ylabel('Угловая скорость вращения вала'); %% в) L = 0.0459; R = 0.945; km = 0.261; ke = 0.341; J = 0.14; Kp = 1.03; Kd = 2.46; %% subplot(2,1,1); plot(out.nP_regular); title('График моделирования следящей САУ ДПТ с P-регулятором'); grid on; xlabel('Время'); ylabel('Угловая скорость вращения вала'); subplot(2,1,2); plot(out.PD_regular); title('График моделирования следящей САУ ДПТ с PD-регулятором'); grid on; xlabel('Время'); ylabel('Угловая скорость вращения вала'); %% г) [A,B,C,D] = linmod('TAU_Lab4_sim_Part_II_g',[0 0]); tf(ss(A,B,C,D)) |
В выше представленных выражениях для ПФ ДПТ по управлению и возмущению введены параметры: Соответственно Simulink-модель ДПТ в терминах ПФ приведена на рисунке 3.2.1.Рисунок 3.2.1 – Simulink-модель ДПТ в терминах ПФ.Рисунок 3.2.2 – Simulink-модель ДПТ в терминах ПФ для общего, возмущающего и управляющего воздействий.Рисунок 3.2.3 – Результаты моделирования модели в виде ПФ. Модель ДПТ в терминах изображений переменных пространства состояний представлена на рисунке 3.2.4.Рисунок 3.2.4 – Simulink-модель ДПТ скоростного контура.Рисунок 3.2.5 – Simulink-модель ДПТ в терминах пространства состояний для общего, возмущающего и управляющего воздействий.Рисунок 3.2.6 – Результаты моделирования модели в пространстве состояний.б) Моделирование САУ скоростью ДПТ с П- и ПИД-регулятором. Определение характера реакций системы на входные воздействия по графикам, построенным на основе данных, переданных из пакета Simulink в рабочую область MatLab (Workspace) через блок «To Workspace» библиотеки «Sinks».Рисунок 3.2.7 – Simulink-схема САУ скорости с P-регулятором.Рисунок 3.2.8 – Simulink-схема САУ скорости с PID-регулятором.