PRZYKŁADOWE ZADANIA ROK II UKŁADY CIĄGŁE

Opracowanie : dr inż. Krzysztof Kula

Test na zaliczeniu przedmiotu składa się z pytań i zadań.

Zadania obejmują problemy związane z:

a) Wyznaczaniem transmitancji wypadkowych układów na podstawie znanych, trochę bardziej skomplikowanych , schematów blokowych

b) Wyznaczanie poziomu uchybu ustalonego, jaki powstaje w zamkniętym układzie regulacji.

c) Wyznaczanie stabilności układu zamkniętego w oparciu o znajomość transmitancji układu otwartego lub zamkniętego

d) Wyznaczanie zapasu modułu i fazy w oparciu o znajomość logarytmicznych charakterystyk częstotliwościowych układu otwartego

e) Wyznaczanie przebiegów czasowych na podstawie odwrotnego przekształcenia Laplace’a.

f) Wyznaczanie asymptotycznych charakterystyk częstotliwościowych Bode’a podstawowych członów dynamicznych

Przykładowe zadania do pkt a

ZADANIE A1

Wyznaczyć transmitancję zastępczą układu o schemacie, jak na rysunku: x

+

+

G1(s)

G2(s)

-

+

y

G2(s)

Spróbuj samodzielnie rozwiązać to zadanie. Postaraj sie rozważyć przeniesienie węzła zaczepowego ze sprzeżenia zwrotnego lub węzła sumacyjnego z toru głównego ( miedzy G1 a G2 ) Zwróć uwagę na zachowanie relacji miedzy sygnałami po zmianie układu z tymi sprzed zmiany. Uwzględnij reguły przenoszenia wezłów sumacyjnych i zaczepowych. Czy przeniesienia wybranego węzła uporościło układ i można już wylioczyc wypadkową transmitancję na podstawie znajomości zależności na szeregowe, równoległe czy w srzężeniu zwrotnym połączenie członów ? Jeśli nie potrafisz rozwiązać tego zadania , dopiero później spójrz na wskazówki do jego rozwiązania.

W s k a z ó w k i .

Wariant a) przenieś węzeł zaczepowy ( zaznaczony kropką) przed człon o transmitancji G2(s) Przeniesienie wymaga dodania do gałązki wychodzącej z nowego punktu dodanie członu o tej samej transmitancji , czyli G2(s) , gdyz tylko wówczas zachowane zostaną relacje między sygnałami.

Wariant b) preznieś drugi węzeł sumacyjny ( miedzy G1 i G2) zaraz za pierwwzy węzeł, czyli przedf G1(s). Gałąź ta musi być zawierać teraz transmitancję 1/G1(s). Powstanie teraz nowy wezeł

sumacyjny, w którym sumujemy sygnały zwrotne z wyjścia. Spróbuj teraz samodzielnie rozwiązać zadanie, a następnie sprawdź to rozwiązanie pod linkiem odpowiedzi.pdf

Sprawdź oba warianty. Czy wyszedł ten sam wynik ? Jeśli tak, to jest bardzo prawdopodobne, że dobrze rozwiazałeś zadanie.

________________________________________________________________________

Przykładowe zadania do pkt b)

ZADANIE B1

Wyznaczyć uchyb ustalony, powstający w układzie po podaniu na wejście wartości zadanej x(s) = 3/s.

G1 (s) = 2+4s ; G2 (s) = 1/(2+s); G3 (s) = 0.5/ (0.8+3s)

+

G1(s)

G2s)

G3(s)

-

Spróbuj samodzielnie rozwiązać to zadanie. Jeśli nie dało się, to dopiero później skorzystaj z ponizszych wskazówek.

Wskazówki do rozwiązania zadania B1:

Wyznaczamy transmitancję uchybową Gu(s). Znając transmitancje wszystkic elementów układu regulacji mozna ja wyznaczyć z nastepującej zależności:

1

G ( s ) =

u

gdzie Go(s) to transmitancja układu otwartego, czyli z rozwartym sprzeżeniem zwrotnym. W naszym 1+ G ( s )

o

przypadku jest ona równa transmitancji toru głównego: Go(s) = G1 (s) * G2(s) * G3(s) Z definicji transmitancja uchybowa jest równa stosunkowi transformat uchybu do wartości zadanej x(s), czyli (

e s )

G ( s ) =

, stąd można znając transmitancję uchybową oraz transformatę Laplace’a wielkości u

(

x s )

wejściowej wyznaczyć transformatę uchybu regulacji e(s).

Uchyb regulacji e - jest to różnica miedzy sygnałem zadanym x, czyli żądaną wartością wielkości regulowanej a wielkością regulowaną y

e(t) = x(t) – y(t)

Uchyb regulacji e(t) przedstawić można przy pomocy 2 składowych e(t)=ep(t)+ eust,

gdzie e

=

=

⋅

p-składowa przejściowa uchybu zaś eust -uchyb ustalony e

{

lim (

e t )} lim s (

e s )

ust

t →∞

s→0

Znając transmitancję uchybową oraz trnsformate sygnału zadanego mozna wyznaczyć transformatę uchybu regulacji. Jest ona równa

e(s) = x(s)*Gu(s)

Odpowiedź na stronie odpowiedzi.pdf

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Przykładowe zadania do pkt. c)

ZADANIE C1

2

2+2⋅ s +5⋅ s

Zbadać stabilność układu zamkniętego o transmitancji: (

G s) =

2

3

3+ ( 3+5⋅ s)⋅ s −2⋅ s +2⋅ s

---------------------------------------------------------------------------------------------

Wskazówki do rozwiązania zadania C1

Z treści zadania wynika, że podana transmitancja jest transmitancją układu zamkniętego.

Zatem, aby wyznaczyć równanie charakterystyczne należy przyrównać mianownik tej transmitancji do 0.

M(s)=0

W tym przypadku otrzymujemy:

3+(3+5s)s-2s 2 +2s3 = 0 a po przekształceniu 3+3s+5s2-2s 2 +2s3=0

po uproszczeniu 3+3s+3s2 +2s3=0

Jak widać współczynniki ai w równaniu sa równe :

Dla i=0 a0= 3

i=1 a1=3

i=2 a2=3

i=3 a3=2

Jak widać wszystkie współczynniki równania charaklterystycznego są większe od zera, czyli pierwszy warunek kryterium Hurwitza jest spełniony. Sprawdzając kolejny warunek należy wyliczyć wyznacznik główny ∆3 a następnie jego kolejne podwyznaczniki i sprawdzic , czy i one są większe od zera, ∆2, ∆1 > 0.

Patrz link odpowiedzi.htm

________________________________________________________________________

Przykładowe zadania do pkt d)

Przykładowe zadania do pkt e)