Точность систем автоматического управления

Содержание

Слайд 2

1)Понятие точности. Постоянные ошибки Основным назначением системы является как можно более

1)Понятие точности. Постоянные ошибки

Основным назначением системы является как можно более точное

воспроизведение управляющего сигнала.
Точность системы можно оценивать величиной разности управляющего сигнала v(t) и выхода y(t),
т. е. величиной ошибки
e(t)=v(t)-y(t)
Чем меньше величина e(t) пo модулю в каждый данный момент времени, тем система с большей точностью (меньшей ошибкой) воспроизводит управляющий сигнал.
На практике интересуются не полной ошибкой системы e(t), а так называемой установившейся ошибкой
Слайд 3

Структурная схема стандартной САУ имеет вид Изображение ошибки имеет вид Ошибка

Структурная схема стандартной САУ имеет вид
Изображение ошибки имеет вид

Ошибка системы определяется

суммой двух составляющих:
ошибкой системы от управляющего воздействия и ошибкой системы от возмущающего воздействия.

(1)

Слайд 4

При определенных типах воздействий и определенной структуре системы установившаяся ошибка в

При определенных типах воздействий и определенной структуре системы установившаяся ошибка в

системе будет постоянной и может быть вычислена на основании правил операционного исчисления по выражению

Входные воздействия:

(2)

Слайд 5

Пусть передаточная функция разомкнутой системы имеет вид При подставлении в (2)

Пусть передаточная функция разомкнутой системы имеет вид

При подставлении в (2) имеем

(3)

Если

-

статическая ошибка системы

- коэффициент ошибки по положению

Слайд 6

(4) Если - коэффициент ошибки по скорости - ошибка системы по скорости

(4)

Если

- коэффициент ошибки по скорости

- ошибка системы по скорости

Слайд 7

(5) Если - коэффициент ошибки по ускорению - ошибка системы по

(5)

Если

- коэффициент ошибки по ускорению

- ошибка системы по ускорению.

Из приведенных выражений

следует, что ошибки в системе уменьшаются с ростом порядка астатизма системы и увеличением общего коэффициента усиления К.
Слайд 8

Переходные процессы в различных системах при отработке скачка по положению и

Переходные процессы в различных системах при отработке скачка по положению и

скорости:
1 – для статической системы,
2 – для системы с астатизмом первого порядка,
3 – для системы с астатизмом второго порядка.
Слайд 9

Рассмотрим влияние порядка астатизма на точность отработки задающего воздействия

Рассмотрим влияние порядка астатизма на точность отработки задающего воздействия

Слайд 10

Слайд 11

Пример: Пусть имеем структурную схему системы в виде Рассмотрим влияние параметров

Пример: Пусть имеем структурную схему системы в виде

Рассмотрим влияние параметров системы

на величину установившейся ошибки, обусловленную действием как входного сигнала так и сигнала возмущения.
Слайд 12

установившаяся ошибка будет равна Изображение сигнала ошибки имеет вид Подставляя в

установившаяся ошибка будет равна

Изображение сигнала ошибки имеет вид

Подставляя в это выражение


Таким образом, установившаяся ошибка от управляющего воздействия равна нулю (система астатическая по отношению к управляющему сигналу), а ошибка от возмущающего воздействия постоянна (система статическая по отношению к возмущению). Для уменьшения этой ошибки следует увеличивать коэффициент усиления K1 первого звена; величина K2 не влияет на ошибку.

Слайд 13

Пусть имеем систему в виде Установившаяся ошибка будет равна Изображение сигнала

Пусть имеем систему в виде

Установившаяся ошибка будет равна

Изображение сигнала ошибки имеет

вид

Система обладает астатизмом первого порядка по отношению к обоим внешним воздействиям.

Слайд 14

2) Установившиеся ошибки при произвольном входном сигнале Коэффициенты ci носят название

2) Установившиеся ошибки при произвольном входном сигнале

Коэффициенты ci носят название коэффициентов

ошибок и характеризуют, с каким весом функция v(t) и ее производные входят в общее выражение для установившейся ошибки.

Рассмотрим входное воздействие в виде

Установившаяся ошибка будет определяться по формуле

(6)

(7)

Слайд 15

Если В статической системе ν=0 Для системы с астатизмом первого порядка

Если

В статической системе ν=0

Для системы с астатизмом первого порядка

ν=1

Аналогично можно показать, что для астатической системы с астатизмом ν-го порядка

(8)

Слайд 16

На практике используется следующий способ нахождения коэффициентов ошибок (9) Так как

На практике используется следующий способ нахождения коэффициентов ошибок

(9)

Так как

то, деля

полином числителя на полином знаменателя, получим ряд

есть отношение полиномов,

Разложим передаточную функцию

в ряд Маклорена при s = 0

Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях s в (9), (10), получим

(10)

(11)

Слайд 17

Величина коэффициентов ошибок в конечном итоге определяет величину ошибки в системе.

Величина коэффициентов ошибок в конечном итоге определяет величину ошибки в системе.


Из изложенного следует, что величины ci будут тем меньше, чем выше порядок астатизма системы и чем больше величина коэффициента усиления К разомкнутой системы.

Пример: Пусть передаточная функция разомкнутой системы имеет вид

Найти первые три коэффициента ошибок.

Передаточная функция замкнутой системы по ошибке будет равна

Слайд 18

Деля полином числителя на полином знаменателя, получим Определим установившуюся ошибку в системе при воздействии

Деля полином числителя на полином знаменателя, получим

Определим установившуюся ошибку в

системе при воздействии
Слайд 19

Пример: Пусть передаточная функция разомкнутой системы имеет вид Найти первые четыре

Пример: Пусть передаточная функция разомкнутой системы имеет вид

Найти первые четыре коэффициента

ошибок.

Передаточная функция замкнутой системы по ошибке будет равна

Примечание. Причем, если какой-либо коэффициент полинома числителя равен нулю, то в выражении полинома на месте этого коэффициента необходимо писать число «ноль».

Слайд 20

Деля полином числителя на полином знаменателя, получим Находим

Деля полином числителя на полином знаменателя, получим

Находим


Слайд 21

3) Установившиеся ошибки при гармоническом воздействии Главная передаточная функция замкнутой системы

3) Установившиеся ошибки при гармоническом воздействии

Главная передаточная функция замкнутой системы имеет

вид

Входной сигнал задан в виде

Выходной сигнал в установившемся режиме определяется по выражению

(12)

где

Слайд 22

Аналогично, зная передаточную функцию по ошибке, можно найти закон изменения ошибки

Аналогично, зная передаточную функцию по ошибке, можно найти закон изменения ошибки

в установившемся режиме при гармоническом входном сигнале

(13)

где

Выражения (12), (13) позволяют оценить ошибки воспроизведения гармонического сигнала в установившемся режиме.
Из этих выражений следует, что, кроме ошибки воспроизведения амплитуды входного гармонического сигнала, существуют и постоянные фазовые ошибки, которые определяются видом фазочастотных характеристик замкнутой системы.
Обычно при анализе точности систем управления их не рассматривают, ограничиваясь лишь анализом ошибок воспроизведения амплитуды.

Слайд 23

Из (12), (13) можно получить ошибки воспроизведения амплитуды гармонического сигнала на

Из (12), (13) можно получить ошибки воспроизведения амплитуды гармонического сигнала на

заданной частоте, равные

(14)

(15)

Типичный вид АЧХ замкнутой системы для случая астатической системы

имеет вид

Слайд 24

Под полосой пропускания системы понимают диапазон частот (16) Полоса пропускания является

Под полосой пропускания системы понимают диапазон частот

(16)

Полоса пропускания является важной

характеристикой системы. С одной стороны, чем шире полоса пропускания, тем с меньшими ошибками система воспроизводит управляющие сигналы.
Однако, с увеличение полосы пропускания система становится чувствительной к влиянию высокочастотных помех.

при котором выполняется условие

Для статической системы

Для астатической системы

Слайд 25

Пример: Дана структурная схема двигателя постоянного тока с управлением по цепи

Пример:
Дана структурная схема двигателя постоянного тока с управлением по цепи

якоря и тахометрической обратной связью.

Определить значение К, при котором установившаяся ошибка при отработке линейного входного сигнала не будет превышать 0.1 (при условии, что D(s)=0)

Слайд 26

Передаточная функция разомкнутой системы будет иметь вид Передаточная функция замкнутой системы по ошибке

Передаточная функция разомкнутой системы будет иметь вид

Передаточная функция замкнутой системы по

ошибке
Слайд 27

Установившаяся ошибка Найдем значение К при котором установившаяся не будет превышать 0.1 Входной сигнал имеет вид

Установившаяся ошибка

Найдем значение К при котором установившаяся не будет превышать 0.1


Входной сигнал имеет вид

Слайд 28

Установившаяся ошибка e=0.1 v(t) y(t)

Установившаяся ошибка

e=0.1

v(t)

y(t)

Слайд 29

Найдем значение К при котором установившаяся не будет превышать 0.1 Входной

Найдем значение К при котором установившаяся не будет превышать 0.1

Входной

сигнал имеет вид

При К=1, получить выражение для ошибки и изобразить график ее изменения при действии линейного возмущения d(t)=t, на интервале от 0 до 5 сек.

Слайд 30

Слайд 31

Слайд 32

Слайд 33

Слайд 34

Слайд 35