Файл: Отчет по лабораторной работе 1 по дисциплине Теория автоматического управления.docx
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 126
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской ФедерацииФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»Электротехнический факультетКафедра «Микропроцессорных средств автоматизации»Отчет по лабораторной работе №1по дисциплине «Теория автоматического управления»на тему «Экспериментальное исследование динамических характеристик типовых звеньев систем управления»Выполнил студентгр._ (Фамилия, имя, отчество)__________________(подпись)Проверил: Канд. техн. наук. Доцент каф. «Микропроцессорные средства автоматизации»(должность руководителя, кафедра)(Ф.И.О. руководителя) ___________ _________________________(оценка) (подпись) _____________(дата)Пермь 2021Цель работы: Изучение методики проведения исследований моделей объектов САУ в интегрированной среде MATLAB / Simulink. Приобретение навыков проведения исследований путём определения временных и частотных характеристик типовых звеньев систем автоматического управления. Изучение динамических свойств типовых звеньев: апериодических звеньев 1-го и 2-го порядков, колебательного, идеального и реального интегрирующих и дифференцирующих звеньев, звена чистого запаздывания, неминимально - фазового звена.Исходные данные:Коэффициент К=1.22Исследуемые функции с учетом коэффициента:
Определение переходных характеристик типовых динамических звеньев САУ.Строим в среде Simulink модель для определения переходных характеристик выбранных звеньев и сохраняем полученные графики.Рисунок 1.1 Схема звена «Резервуар»Рисунок 1.2 Схема звена «Двигатель и вентиль»Рисунок 1.3 -График переходной характеристики звена «Резервуар»Рисунок 1.4 - График переходной характеристики звена «Двигатель и вентиль»Скрипт для определения импульсной переходной характеристики t=[0:0.01:300];num=[1];den=[11.619 0.317];sys=tf(num,den);[y,T]=impulse(sys,t);%plot(t,y)xlabel('t'),ylabel('k(t)')title('Imp.pereh.har.')gridРисунок 1.5 - График импульсной характеристики звена «Резервуар»t=[0:0.01:5];num=[1];den=[0.2033 2.033 16.666];sys=tf(num,den);[y,T]=impulse(sys,t);%plot(t,y)xlabel('t'),ylabel('k(t)')title('Imp.pereh.har.')gridРисунок 1.6 - График импульсной характеристики звена «Двигатель и вентильЧасть 2 Определение частотных характеристик типовых динамических звеньев САУ.2.1 Вычислить значения модуля и фазы для заданной величины частоты по известной передаточной функции звена.Скрипт для звена «Резервуар»:% Вычисление модуля и фазы%% Задайте величину частотыw=5;num=[1];den=[11.619 0.317];G=tf(num,den);Gj3=evalfr(G,1i*w);magGj3=abs(Gj3);phaseGj3=angle(Gj3)*180/pi;Полученные значения:magGj3 = 0.0172phaseGj3 = -89.687Для звена «Двигатель и вентиль»:% Вычисление модуля и фазы%% Задайте величину частотыw=5;num=[1];den=[0.2033 2.033 16.666];
G=tf(num,den);Gj3=evalfr(G,1i*w);magGj3=abs(Gj3);phaseGj3=angle(Gj3)*180/pi;Полученные значения:magGj3 = 0.0649phaseGj3 = -41.2682.2 Определите АЧХ заданных звеньевСкрипт для звена «Резервуар»:%ОпределениеАЧХw=logspace(-1,1);num=[1];den=[11.619 0.317];Wjomega=freqs(num,den,w);Wmag=abs(Wjomega);plot(w,Wmag);title('Frequency Response of W(p)')xlabel('omega')ylabel('|W(j*omega)|')gridРисунок 2.1 График АЧХ звена «Резервуар»Для звена «Двигатель и вентиль»:w=logspace(-1,2);num=[1];den=[0.2033 2.033 16.666];Wjomega=freqs(num,den,w);Wmag=abs(Wjomega);plot(w,Wmag);title('Frequency Response of W(p)')xlabel('omega')ylabel('|W(j*omega)|')gridРисунок 2.2 График АЧХ звена «Двигатель и вентиль»2.3.Определите ФЧХ заданных звеньевСкрипт для звена «Резервуар»:% ОпределениеФЧХw=logspace(-1,1);num=[1];den=[11.619 0.317];Wjomega=freqs(num,den,w);Wphase=angle(Wjomega)*180/pi;plot(w,Wphase)title('Frequency Response of W(p)')xlabel('omega')ylabel('phase')gridРисунок 2.3 График ФЧХ звена «Резервуар»Для звена «Двигатель и вентиль»:%ОпределениеФЧХw=logspace(-1,2);num=[1];den=[0.2033 2.033 16.666];Wjomega=freqs(num,den,w);Wphase=angle(Wjomega)*180/pi;plot(w,Wphase)title('Frequency Response of W(p)')xlabel('omega')ylabel('phase')gridРисунок 2.4 График ФЧХ звена «Двигатель и вентиль»2.4.Определите АФХ заданных звеньевСкрипт для звена «Резервуар»:num=[1];den=[11.619 0.317];sys=tf(num,den);nyquist(sys)Для звена «Двигатель и вентиль»:%ОпределениеАФХnum=[1];den=[0.2033 2.033 16.666];sys=tf(num,den);nyquist(sys)Рисунок 2.5 График АФХ звена «Резервуар»Рисунок 2.6 График АФХ звена «Двигатель и вентиль»2.5.Постройте ЛЧХ исследуемых звеньевСкрипт для звена «Резервуар»:% ПостроениеЛЧХnum=[1];den=[11.619 0.317];sys=tf(num,den); bode(sys)
Рисунок 2.7 График ЛЧХ звена «Резервуар»Для звена «Двигатель и вентиль»:% ПостроениеЛЧХnum=[1];den=[0.2033 2.033 16.666];sys=tf(num,den); bode(sys)Рисунок 2.7 График ЛЧХ звена «Двигатель и вентиль»Часть 3Исследование объекта 3-го порядка c использованием модуляLTIViewer в MatLab.Исследуем различные функции и возможности модуля с помощью консольных команд.clearallclcnum= [3.1 3.15 1.25]den= [1 1.1 1.2 0.12]W = tf( num, den )[bi,ai] = tfdata( W, 'v' )z = zero ( W )p = pole ( W)K= dcgain( W)wb = bandwidth ( W)Wss = ss( W );Wss.d = 1K1 = dcgain( Wss )wb = bandwidth ( W)Wss = ss( W )Wss.d = 1K1 = dcgain( Wss )Wzp = zpk( W )pzmap ( W)[wc,ksi,p] = damp ( W )ltivieww = logspace(-1, 2, 100)g= freqresp( W, w )g= g(:)semilogx ( w, abs(g) )t=[0:0.1:25][u,t] = gensig('square',5)lsim (W, u, t)Рисунок 3.1 Результаты некоторых консольных командРисунок 3.2 Расположение нулей и полюсов на графикеРисунок 3.3 Переходные характеристики системРисунок 3.4АЧХ с логарифмическим масштабом по оси абсцисс.Рисунок 3.5 График выходной функции объектаЗаключениеВ ходе работы я познакомился с пакетом Matlab и средой Simulink.Получил основные навыки работы с ними: использование скриптов, построение графиков, построение схем моделей. Получены графики различных характеристик (ФЧХ, АЧХ, ЛЧХ и т.д.) для звеньев, в частности,для звена «Резервуар» и для звена «Двигатель и вентиль».
-
Резервуар (16):
; -
Двигатель и вентиль (31):
Определение переходных характеристик типовых динамических звеньев САУ.Строим в среде Simulink модель для определения переходных характеристик выбранных звеньев и сохраняем полученные графики.Рисунок 1.1 Схема звена «Резервуар»Рисунок 1.2 Схема звена «Двигатель и вентиль»Рисунок 1.3 -График переходной характеристики звена «Резервуар»Рисунок 1.4 - График переходной характеристики звена «Двигатель и вентиль»Скрипт для определения импульсной переходной характеристики t=[0:0.01:300];num=[1];den=[11.619 0.317];sys=tf(num,den);[y,T]=impulse(sys,t);%plot(t,y)xlabel('t'),ylabel('k(t)')title('Imp.pereh.har.')gridРисунок 1.5 - График импульсной характеристики звена «Резервуар»t=[0:0.01:5];num=[1];den=[0.2033 2.033 16.666];sys=tf(num,den);[y,T]=impulse(sys,t);%plot(t,y)xlabel('t'),ylabel('k(t)')title('Imp.pereh.har.')gridРисунок 1.6 - График импульсной характеристики звена «Двигатель и вентильЧасть 2 Определение частотных характеристик типовых динамических звеньев САУ.2.1 Вычислить значения модуля и фазы для заданной величины частоты по известной передаточной функции звена.Скрипт для звена «Резервуар»:% Вычисление модуля и фазы%% Задайте величину частотыw=5;num=[1];den=[11.619 0.317];G=tf(num,den);Gj3=evalfr(G,1i*w);magGj3=abs(Gj3);phaseGj3=angle(Gj3)*180/pi;Полученные значения:magGj3 = 0.0172phaseGj3 = -89.687Для звена «Двигатель и вентиль»:% Вычисление модуля и фазы%% Задайте величину частотыw=5;num=[1];den=[0.2033 2.033 16.666];
G=tf(num,den);Gj3=evalfr(G,1i*w);magGj3=abs(Gj3);phaseGj3=angle(Gj3)*180/pi;Полученные значения:magGj3 = 0.0649phaseGj3 = -41.2682.2 Определите АЧХ заданных звеньевСкрипт для звена «Резервуар»:%ОпределениеАЧХw=logspace(-1,1);num=[1];den=[11.619 0.317];Wjomega=freqs(num,den,w);Wmag=abs(Wjomega);plot(w,Wmag);title('Frequency Response of W(p)')xlabel('omega')ylabel('|W(j*omega)|')gridРисунок 2.1 График АЧХ звена «Резервуар»Для звена «Двигатель и вентиль»:w=logspace(-1,2);num=[1];den=[0.2033 2.033 16.666];Wjomega=freqs(num,den,w);Wmag=abs(Wjomega);plot(w,Wmag);title('Frequency Response of W(p)')xlabel('omega')ylabel('|W(j*omega)|')gridРисунок 2.2 График АЧХ звена «Двигатель и вентиль»2.3.Определите ФЧХ заданных звеньевСкрипт для звена «Резервуар»:% ОпределениеФЧХw=logspace(-1,1);num=[1];den=[11.619 0.317];Wjomega=freqs(num,den,w);Wphase=angle(Wjomega)*180/pi;plot(w,Wphase)title('Frequency Response of W(p)')xlabel('omega')ylabel('phase')gridРисунок 2.3 График ФЧХ звена «Резервуар»Для звена «Двигатель и вентиль»:%ОпределениеФЧХw=logspace(-1,2);num=[1];den=[0.2033 2.033 16.666];Wjomega=freqs(num,den,w);Wphase=angle(Wjomega)*180/pi;plot(w,Wphase)title('Frequency Response of W(p)')xlabel('omega')ylabel('phase')gridРисунок 2.4 График ФЧХ звена «Двигатель и вентиль»2.4.Определите АФХ заданных звеньевСкрипт для звена «Резервуар»:num=[1];den=[11.619 0.317];sys=tf(num,den);nyquist(sys)Для звена «Двигатель и вентиль»:%ОпределениеАФХnum=[1];den=[0.2033 2.033 16.666];sys=tf(num,den);nyquist(sys)Рисунок 2.5 График АФХ звена «Резервуар»Рисунок 2.6 График АФХ звена «Двигатель и вентиль»2.5.Постройте ЛЧХ исследуемых звеньевСкрипт для звена «Резервуар»:% ПостроениеЛЧХnum=[1];den=[11.619 0.317];sys=tf(num,den); bode(sys)
Рисунок 2.7 График ЛЧХ звена «Резервуар»Для звена «Двигатель и вентиль»:% ПостроениеЛЧХnum=[1];den=[0.2033 2.033 16.666];sys=tf(num,den); bode(sys)Рисунок 2.7 График ЛЧХ звена «Двигатель и вентиль»Часть 3Исследование объекта 3-го порядка c использованием модуляLTIViewer в MatLab.Исследуем различные функции и возможности модуля с помощью консольных команд.clearallclcnum= [3.1 3.15 1.25]den= [1 1.1 1.2 0.12]W = tf( num, den )[bi,ai] = tfdata( W, 'v' )z = zero ( W )p = pole ( W)K= dcgain( W)wb = bandwidth ( W)Wss = ss( W );Wss.d = 1K1 = dcgain( Wss )wb = bandwidth ( W)Wss = ss( W )Wss.d = 1K1 = dcgain( Wss )Wzp = zpk( W )pzmap ( W)[wc,ksi,p] = damp ( W )ltivieww = logspace(-1, 2, 100)g= freqresp( W, w )g= g(:)semilogx ( w, abs(g) )t=[0:0.1:25][u,t] = gensig('square',5)lsim (W, u, t)Рисунок 3.1 Результаты некоторых консольных командРисунок 3.2 Расположение нулей и полюсов на графикеРисунок 3.3 Переходные характеристики системРисунок 3.4АЧХ с логарифмическим масштабом по оси абсцисс.Рисунок 3.5 График выходной функции объектаЗаключениеВ ходе работы я познакомился с пакетом Matlab и средой Simulink.Получил основные навыки работы с ними: использование скриптов, построение графиков, построение схем моделей. Получены графики различных характеристик (ФЧХ, АЧХ, ЛЧХ и т.д.) для звеньев, в частности,для звена «Резервуар» и для звена «Двигатель и вентиль».