Дослідження нелінійної системи управління

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Мая 2013 в 21:00, курсовая работа

Краткое описание

На відміну від добре вивчених в основному курсі теорії автоматичного керування (ТАУ) лінійних систем і ланок, опис яких зводиться до складання лінійних диференційних рівнянь (ЛДР) і співставлення їм передаточних функцій, на підставі яких можна одержати повну і різнобічну інформацію про об'єкт дослідження, існує інший клас систем і ланок, які прийнято називати нелінійними. Така їхня назва обумовлена тим, що їх неможливо описати ЛДР, тому що їм відповідають нелінійні диференційні рівняння (НДР). Використання НДР в ТАУ призводить до деяких складностей, по-перше, їх вирішення досить складна задача, а, по-друге, НДР не можливо співставити передаточну функцію і відповідно використовувати для опису нелінійних систем методи і правила, які відомі з лінійної ТАУ.

Содержание

Вступ……………………………………………………………………………..6
1. Математична модель слідкуючого електропривода…………………………. 7
1.1. Математичний опис слідкуючого електроприводу……………………... 7
1.2.Складання системи рівнянь у нормальній формі Коші…………………..8
2. Математичний опис люфту з насиченням……………………………………10
3. Побудова фазового портрету………………………………………………….13
Висновок………………………………………………………………………..15
Список використаної літератури…………………………………………….

Прикрепленные файлы: 1 файл

Кусовая .doc

— 910.00 Кб (Скачать документ)

  (2.7)

Тоді вираз (2.3) матиме наступний вигляд:

   (2.8)

Просумувавши вирази (2.8) и (2.7) отримаємо математичний опис нелінійної частини «люфт з насиченням»:

U(ε)=b/2 * [signum(ε + dx + b/k) + signum(ε - dx-b/k)] + 0.5 * [signum(ε + dx+ b/k)-signum(ε – dx - b/k)] * (k/2*([ε – dx * signum(- dε/dt) + ||-ε|-dx|] * signum[ε – dx * signum(- dε/dt)+||- ε|-dx|] - (ε-dx * signum(- dε/dt) - ||-ε|-dx|) * signum(ε-dx * signum(- dε/dt) - ||-ε|-dx|)))                        (2.9)

де 

 

 

3 ПОБУДОВА ФАЗОВОГО ПОРТРЕТУ

 

 

Користуючись виразами 1.15, 1.18 та 2.9 будуємо фазовий портрет системи.

Будуємо фазовий за допомогою  середовища Maple 9.5. Текст програми наведено у додатку Б.

Рис. 3.1 - Загальний вид фазового портрету.

Досліджуючи фазовий портрет системи спостерігаємо виражений збіжний до встановленого значення коливальний процес. Це спостерігається внаслідок насичення окремих елементів системи. Така поведінка системи властива автоколиванням – режиму роботи системи, якому відповідає замкнута траєкторія на фазовій площині – стійкий граничний цикл.

Фазові траєкторії системи  мають вигляд спіралеподібних кривих, що збігаються до деякої постійної траєкторії

Збільшимо фазовий портрет  для більш детального його вивчення. (див. рис. 3.2)

 

Рисунок 3.2 - Збільшений вид фазового портрету

Лістинг програм для  загального і збільшеного вигляду  фазового портрету дивися у додатку Б, В.

По збільшеному фазовому портрету визначимо якісні та кількісні показники нелінійної системи, а саме: чи наявні автоколивання в системі.

Для визначення амплітуди  автоколивань необхідно визначити xmax та уmax , а для визначення частоти автоколивань вирахувати співвідношення ωа = уmax / хmax – для цього скористаємося графіком на мал. 3.2.

– амплітуду автоколивань А = хmax= 0,079; уmax =8;

– частоту автоколивань ωа = уmax / хmax=101,26 (Гц);

– період автоколивань Та = 2π / ωа=0,062, де (хmax та уmax – максимальні значення вихідної координати системи в режимі автоколивань та її похідної за часом відповідно).

За поведінкою системи встановлюємо, що система стійка на всій площині при різних початкових значеннях системи.

 

Висновок

 

Під час виконання курсової роботи була складена математична модель нелінійної частини системи слідкуючого електропривода з редуктором, побудований фазовий портрет для такої системи. При дослідженні портрета виявили, що система знаходиться в режимі автоколивань при стійкому граничному циклі. Автоколивання відбуваються з частотою 101,26 Гц і максимальна їх амплітуда складає 0,079. Проаналізувавши вид фазових траєкторій на портреті в різних четвертях осей координат зробили висновок, що система стійка и приймає вид системи с автоколиваннями.

 

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

 

1 Попович М.Г., Ковальчук  О.В. Теорія автоматичного керування. – К.: Либідь, 1997.

2 Воронов А.А. Теория  автоматического управления. Ч. 2. Теория нелинейных и специальных систем автоматического управления. – М.: Высш. шк., 1986. –504 с.

3 Воронов А.А. Основы теории автоматического управления. – М.: Энергия, 1980.

4 Костнюк Л.Д., Мороз  В.І., Паранчук Я.С. Моделювання електроприводів. – Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2004. – 404 с.

5 Говорухин В., Цибулин  В. Комп’ютер в математическом исследовании. Учебный курс. – СПб.: Питер, 2001. – 624 с.

 

Додаток А

Функціональна схема слідкуючого  електропривода

 

 

Рисунок А.1 – Функціональна  схема слідкуючого електропривода

 

 

На даній структурній  схемі використані наступні позначення:

 

Θвх(t) – кут повороту керуючої осі коленвала (КВ);

Θвих(t) – кут повороту виконуючої вісі (ВВ) об'єкта регулювання;

ВС і ВЕ – пара сельсинів;

UВ – фазочутливий  випрямляч;

А – підсилювач;

UМ – тиристорний  перетворювач;

М – двигун з незалежним збудженням;

LМ – обмотка збудження  двигуна;

q – редуктор;

ОУ – об'єкт управління.

 

 Додаток Б

Лістинг програми для фазового портрету

 

> restart;

> c1:=0.23; c2:=0.3; b:=100; delta:=evalf((c2-c1)/2); Tm:=0.1; kd:=1.7; q:=0.25;

 

> k:=evalf(2*b/(c1+c2));

 

> with(DEtools);

 

> f:=[D(x)(t)=q*y(t), D(y)(t)=-(1/Tm)*y(t)+(kd/Tm)*((b/2)*(signum(-x(t)+delta+b/k)+signum(-x(t)-delta-b/k))+0.5*(signum(-x(t)+delta+b/k)-signum(-x(t)-delta-b/k))*((k/2)*((-x(t)-delta*signum(q*(-y(t)))+abs(abs(-x(t))-delta))*signum(-x(t)-delta*signum(q*(-y(t)))+abs(abs(-x(t))-delta))-(-x(t)-delta*signum(q*(-y(t)))-abs(abs(-x(t))-delta))*signum(-x(t)-delta*signum(q*(-y(t)))-abs(abs(-x(t))-delta)))))];

 

 

> ini:=[[x(0)=-0.0001,y(0)=-0.0001], [x(0)=-0.0001,y(0)=0.0001],

[x(0)=0.0001,y(0)=0.0001], [x(0)=0.0001,y(0)=-0.0001],

[x(0)=-0.5,y(0)=-20], [x(0)=-0.5,y(0)=20],

[x(0)=0.5,y(0)=-20], [x(0)=0.5,y(0)=20]];

 

> phaseportrait(f, [x(t),y(t)], t=0..140, ini, arrows=slim, linecolor=black, color=black, stepsize=0.005, thickness=1, title="PhasePortrait");

 

Додаток В

Лістинг програми для збільшеного  фазового портрету

> restart:

> C1:=0.23;C2:=0.3;

> m:=(C2-C1)/2;Tm:=0.1;q:=0.25;kd:=1.7;b:=100;k:=2*b/(C2+C1);

> with(DEtools);

> f:=[D(x)(t)=q*y(t),D(y)(t)=-(1/Tm)*y(t)+((b/2)*(signum(-x(t)+m+b/k)+signum(-x(t)-m-b/k))+0.5*(signum(-x(t)+m+b/k)-signum(-x(t)-m-b/k))*((k/2)*((-x(t)-m*signum(q*(-y(t)))+abs(abs(-x(t))-m))*signum(-x(t)-m*signum(q*(-y(t)))+abs(abs(-x(t))-m))-(-x(t)-m*signum(q*(-y(t)))-abs(abs(-x(t))-m))*signum(-x(t)-m*signum(q*(-y(t)))-abs(abs(-x(t))-m)))))*(kd/Tm)];

 

> ini:=[[x(0)=-0.1,y(0)=10],[x(0)=-0.08,y(0)=9],[x(0)=-0.06,y(0)=8],[x(0)=-0.04,y(0)=7],[x(0)=-0.02,y(0)=6],[x(0)=-0.008,y(0)=5],[x(0)=-0.006,y(0)=4],[x(0)=-0.004,y(0)=3],[x(0)=-0.002,y(0)=2],[x(0)=-0.001,y(0)=1],[x(0)=0.1,y(0)=10],[x(0)=0.08,y(0)=9],[x(0)=0.06,y(0)=8],[x(0)=0.04,y(0)=7],[x(0)=0.02,y(0)=6],[x(0)=0.008,y(0)=5],[x(0)=0.006,y(0)=4],[x(0)=0.004,y(0)=3],[x(0)=0.002,y(0)=2],[x(0)=0.001,y(0)=1],[x(0)=-0.1,y(0)=-10],[x(0)=-0.08,y(0)=-9],[x(0)=-0.06,y(0)=-8],[x(0)=-0.04,y(0)=-7],[x(0)=-0.02,y(0)=-6],[x(0)=-0.006,y(0)=-4],[x(0)=-0.004,y(0)=-3],[x(0)=-0.002,y(0)=-2],[x(0)=-0.001,y(0)=-1],[x(0)=0.1,y(0)=-10],[x(0)=0.08,y(0)=-9],[x(0)=0.06,y(0)=-8],[x(0)=0.04,y(0)=-7],[x(0)=0.02,y(0)=-6],[x(0)=0.008,y(0)=-5],[x(0)=0.006,y(0)=-4],[x(0)=0.004,y(0)=-3],[x(0)=0.002,y(0)=-2],[x(0)=0.001,y(0)=-1]];

 

> phaseportrait(f,[x(t),y(t)],t=0..70,ini,arrows=slim, linecolor=red,color=blue,stepsize=0.005,thickness=1,title="Увеличенный фазовый портерт 10-1");




Информация о работе Дослідження нелінійної системи управління