Лабораторная работа № 1 построение частотных характеристик сау в среде matlab

1. Цель и задачи работы

Цель работы – расчет и модельное исследование в среде пакета Матлаб частотных характеристик типовых корректирующих звеньев.

1. Основы теории

1.1. Для заданного звена c передаточной функцией W(s) вывести выражения: амплитудно-фазовой W(jω) и логарифмических амплитудной ) и фазовой L(ω ϕ(ω) частотных характеристик.

Средствами Матлаба на двух графиках построить расчетные кривые Wр(jω), Lр(ω ϕр(ω) в диапазоне частот ω от 0,1/ Т до 10/ Т (Т – постоянная времени звена; при двух разных постоянных времени для левого предела используется меньшая, для правого - большая)

1.2. На модели (файл TAULab1D.mdl) матлабовского инструментария моделирования Симулинк снять модельные частотные характеристики звена А_мд(ω) и ϕ_мд(ω), вычислить по ним модельные значения характеристик W_мд(jω), L_мд) (ω и ϕ_мд(ω) и нанести их на те же графики, что и расчетные характеристики).

Вычислить разность между модельными и расчетными характеристиками и выделить наибольшие значения разностей.

1.3. Сравнить модельные и расчетные данные. В отчете привести

результаты расчетов и модельного эксперимента (М-файл TLabD-Sessia1-

Фамилия.m), блок–схему модельного эксперимента (файл TAULab1D-

Фамилия .mdl) и графики характеристик.

В выводах по работе отразить существенные особенности характеристик исследованного звена, указать степень совпадения расчетных и модельных данных и возможные причины их расхождения.

2. Подготовка к работе

2.1. По передаточной функции W(s) заданного звена (табл.1) в лабораторной тетради выведите выражения следующих характеристик звена: амплитудно-фазовой W(jω) и логарифмических амплитудной ) L(ω и фазовой ϕ(ω) частотных характеристик.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Построение расчетных кривых Wр(jω), и Lр(ω), ϕ(ω):

3.1.1 На диске D создайте папку «TAULab-Фамилия (ваша)-D». Закройте диск D.

3.1.2. Через меню «Пуск» или посредством значка «Матлаб » вызовите на экран пакет Матлаб. Ознакомьтесь с рабочим пространством Матлаба и правилами вычисления в командном окне , обратив особое внимание на:

• особенность ввода вычисляемых выражений, комплексных чисел и вычисления нескольких функций в один прием

• правильный набор арифметических операций

• вычисление функций на векторном и матричном массивах, включая отрезки арифметических прогрессий

• правила разбиения строки длинного выражения на две строки и соединения двух коротких сток в одну

• правила повторного ввода ранее вычислявшихся выражений

• правила сохранения вычислений в командном окне текущей сессии для использования их в последующих сессиях.

3.1.3. Нажатием на кнопке вызовите окно Редактора М-файлов и сохраните в Вашей папке этот пустой пока файл с именем «TLabD-Sessia1-Фамилия».

3.1.4. Построение Wр(jω).

3.1.4.1. В командном окне Матлаба наберите первые две группы команд

построения из рис.1 Методуказаний с поправкой на данные вашего звена,

причем, значения спецификатора кривой должны отличаться от рис.1

(выбирите из табл.1).

3.1.4.2. Наберите команду gtext( 'Wpac(jw)' ) и вставьте название кривой

в выбранном месте.

3.1.4.3. Скопируйте правильно набранные команды построения в файл

«TLabD-Sessia1-Фамилия».

3.1.4.4. Активизирйте окно рисунка, и через команду меню «Файл-экспорт» запомните в вашей папке файл рисунка с именем «Фамилия-W.emf».

Вызовите пакет Уорд, создайте новый документ в нем с именем «Фамилия-RisLab-D.doc» и вставьте в него через цепочку меню-команд.

«Вставка-Рисунок-Из файла» созданный ранее файл амплитудно-фазовой характеристики.

) и5.2.5. Построение Lр(ω ϕр(ω).

3.2.5.1. Наберите команды построения )характеристик Lр(ω и ϕр(ω) в

диапазоне ω от 0.1/Т до 10/Т с обязательным включением точки 1/Т (Т – по-

стоянная времени заданного звена) согласно рис. 3 с учетом конкретных их

выражений для выбранного звена и правил построения.

Внимание! Если W(s) первого порядка, то ar2(w) строить не нужно!

3.2.5.2.Откорректируйте заголовок рисунка, осевые надписи и пометки

кривых аналогично рис.5, используя окно редактора из рис.5.

3.2.5.3. Активизируйте окно рисунка, и через команду меню «Файл-

экспорт» запомните в вашей папке файл рисунка с именем «Фамилия-

L_ar.emf».

Вызовите пакет Уорд, вызовите ранее созданный вами файл «Фамилия-RisLab-D.doc» и вставьте в него через цепочку меню-команд «Вставка--Рисунок-Из-файла», созданный файл рисунка «Фамилия-L_ar.emf», откорректируйте его размер и обтекание текстом (должно быть – поверх текста).

3.3. Снятие модельных частотных характеристик звена А_мд(ω) и ϕ_мд(ω) (AМД(w) и arМД(w)).

3.3.1.Вызовите из вашей папки исходный файл Модельного стенда

«taulab1d и сделайте с него копию с именем «TAULab1D-Фамилия(ваша).mdl» - это будет ваш стенд.

3.3.2. Выполните снятие модельных характеристик AМД(w) и arМД(w)

согласно правилам из п. 1.3.2 Методуказаний.

3.4. Построение ЛЧХ с использованием оператора bode

Инструментария автоматического управления Матлаба

Выполните работы п.1.4 Методуказаний.

3.4. Вычисление разности между расчетными и модельными характеристиками )

4. Указания по оформлению отчета

4.1. Скопируйте вашу папку «TAULab-Фамилия (ваша)-D», оставив в ней толко файлы.

4.2. Создайте Уорд – файл «Фамилия-Выв-D.doc» и впишите в него

данные.

4.3. Создайте зип-файл папки.

5. Контрольные вопросы

5.1.Дать определение частотной характеристике.

Лабораторная работа №2

параметры ПИД-регулятора линейной САУ

1. Цель и задачи работы

Цель работы: при заданной структуре объекта управления и известных неопределенностях его параметров найти значения Kp, Ki, Kd пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора (ПИД-регулятора), при которых в представленной замкнутой системе автоматического управления переходный процесс будет иметь заданные параметры.

2. Краткие теоретические сведения

Задача оптимизации может быть ПИД-регулятора может быть решена с помощью пакета Nonliner Control Design (NCD) Blocket. Рассмотрим систему автоматического управления, которая была исследована в лабораторных работах №3,4 (рис.1).

Рис. 1. Модель системы с ПИД-регулятором

3.Объекты и средства исследования

Данная система состоит из следующих компонентов:

1. Объект регулирования с передаточной функцией .

2. ПИД-регулятор.

3. Контур обратной связи.

В модель также введены источник входного сигнала в виде единичного скачка и NCD–блок (NCD-Outport1). В данном случае контролируемым сигналом является реакция системы на единичный скачок, т.е. переходная характеристика.

4. Подготовка к работе

Изучить теоретические сведения и меть опыт работы с пакетом МАТЛАБ.

5. Порядок выполнения работы

1. Откройте блок PID-controller и введите параметры Кp, Ki, Kd, которые будут оптимизироваться (рис.2).

Рис.2. Параметры блока PID-controller

2. Перейдите в командный режим MATLAB и введите начальные значения параметров Кp, Ki, Kd (рис.3).

Рис. 3. Ввод начальных значений параметров Кp, Ki, Kd

3. Откройте блок NCD-Outport1 (рис. 4).

Рис. 4. Блок NCD-Outport1

4. Выберите пункт меню Optimization/Parametrs… и введите в поле Tunable Variable имена настраиваемых параметров (Рис.5)

Рис.5. Меню Optimization/Parametrs

5. Установите линии ограничителя, чтобы время нарастания сигнала было не более 0.5с, а перерегулирование не более 10%.

Нажмите Start. После окончания процесса оптимизации в командном режиме MATLAB получите значения оптимизированных параметров Кp, Ki, Kd.