Файл: Отчет по лабораторной работе 1 по дисциплине Теория автоматического управления.docx
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 29
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Электротехнический факультет
Кафедра «Микропроцессорных средств автоматизации»
Отчет по лабораторной работе №1
по дисциплине «Теория автоматического управления»
на тему «Экспериментальное исследование динамических характеристик типовых звеньев систем управления»
Выполнил студент
гр._ (Фамилия, имя, отчество)
__________________
(подпись)
Проверил:
Канд. техн. наук. Доцент каф. «Микропроцессорные средства автоматизации»
(должность руководителя, кафедра)
(Ф.И.О. руководителя)
___________ _________________________
(оценка) (подпись)
_____________
(дата)
Пермь 2021
Цель 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=1.22
Исследуемые функции с учетом коэффициента:
-
Резервуар (16):
; -
Двигатель и вентиль (31):
Часть 1
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.')
grid
Рисунок 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.')
grid
Рисунок 1.6 - График импульсной характеристики звена «Двигатель и вентиль
Часть 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 частоты
w=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 = 0.0172
phaseGj3 = -89.687
Для звена «Двигатель и вентиль»:
% Вычисление модуля и фазы
%
% Задайте величину частоты
w=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 = 0.0649
phaseGj3 = -41.268
2.2 Определите АЧХ заданных звеньев
Скрипт для звена «Резервуар»:
%ОпределениеАЧХ
w=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)|')
grid
Рисунок 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)|')
grid
Рисунок 2.2 График АЧХ звена «Двигатель и вентиль»
2.3.Определите ФЧХ заданных звеньев
Скрипт для звена «Резервуар»:
% ОпределениеФЧХ
w=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')
grid
Рисунок 2.3 График ФЧХ звена «Резервуар»
Для звена «Двигатель и вентиль»:
%ОпределениеФЧХ
w=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')
grid
Рисунок 2.4 График ФЧХ звена «Двигатель и вентиль»
2.4.Определите АФХ заданных звеньев
Скрипт для звена «Резервуар»:
num=[1];den=[11.619 0.317];
sys=tf(num,den);
nyquist(sys)
Для звена «Двигатель и вентиль»:
%ОпределениеАФХ
num=[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 звеньев
Скрипт для звена «Резервуар»:
% ПостроениеЛЧХ
num=[1];
den=[11.619 0.317];
sys=tf(num,den);
bode(sys)
Рисунок 2.7 График ЛЧХ звена «Резервуар»
Для звена «Двигатель и вентиль»:
% ПостроениеЛЧХ
num=[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 модуля
LTIViewer в MatLab.
Исследуем различные функции и возможности модуля с помощью консольных команд.
clearall
clc
num= [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 = 1
K1 = dcgain( Wss )
wb = bandwidth ( W)
Wss = ss( W )
Wss.d = 1
K1 = dcgain( Wss )
Wzp = zpk( W )
pzmap ( W)
[wc,ksi,p] = damp ( W )
ltiview
w = 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 команд
Рисунок 3.2 Расположение нулей и полюсов на графике
Рисунок 3.3 Переходные характеристики систем
Рисунок 3.4АЧХ с логарифмическим масштабом по оси абсцисс.
Рисунок 3.5 График выходной функции объекта
Заключение
В 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».