plik


ÿþWymagania stawiane ukBadom 1 automatyki W zastosowaniach praktycznych ukBadom automatyki stawiane s wymagania: - zapewnienia odpowiedniego zapasu stabilno[ci, - osignicia wBa[ciwej jako[ci regulacji w stanach przej[ciowych, - nie przekroczenia dopuszczalnego uchybu ustalonego. 2 Do analizy stabilno[ci liniowych ukBadów automatyki wykorzystuje si: Øðkryterium analityczne Hurwitza, Øðkryterium graficzne Nyquista. Do oceny jako[ci regulacji w stanie przej[ciowym stosuje si: Øðparametry odpowiedzi skokowej, Øðwskaznik regulacji, Øðkryteria caBkowe. Do okre[lenia uchybu ustalonego regulacji sBu|y twierdzenie o warto[ci koDcowej przeksztaBcenia Laplace a. 3 ZAPAS STABILNOZCI Stabilno[ jest jednym z podstawowych poj teorii sterowania, wyra|ajcym wBasno[ pozostawania rozwizaD równaD ró|niczkowych opisujcych ukBad dynamiczny w odpowiednio okre[lonym obszarze ograniczonym. UkBad sterowania jest stabilny, je|eli po wytrceniu ze stanu równowagi sam wraca do stanu poprzedniego. Pojcie to odnosi si zarówno do zamknitych jak i otwartych liniowych ukBadów sterowania. O stabilno[ci ukBadu sterowania mo|na wnioskowa na podstawie równania ró|niczkowego, opisujcego zwizek midzy wielko[ci wyj[ciow y(t) a wej[ciow x(t). 4 n m y (al dl ) =ð (bk dk x ) åð åð l k dt dt l=ð 0 k =ð 0 Dokonujc przeksztaBcenia Laplace'a równania ró|niczkowego mo|na wyznaczy transformat odpowiedzi ukBadu Y(s) w postaci: m bk sk åð L(s) k =ð 0 Y (s) =ð G(s) X (s) =ð X (s) =ð X (s) n M(s) alsl åð l=ð 0 Wielomian M(s) w mianowniku transmitancji G(s) okre[la wBa[ciwo[ci dynamiczne tego ukBadu i nazywa si wielomianem charakterystycznym. 5 Rozwizanie równania ró|niczkowego, stanowice odpowiedz ukBadu sterowania, jest sum skBadowej wymuszonej yw(t) i skBadowej przej[ciowej yp(t): y(t)= yw(t) + yp(t) SkBadowa wymuszona jest okre[lona przez parametry ukBadu oraz przebieg wymuszenia i nie musi by brana pod uwag przy badaniu stabilno[ci ukBadu. O tym czy ukBad nad|a za zmianami wielko[ci sterujcej, decyduje przebieg skBadowej przej[ciowej, zale|ny od wBa[ciwo[ci dynamicznych ukBadu. Badanie stabilno[ci ukBadu sterowania mo|na zatem ograniczy do analizy skBadowej przej[ciowej, która jest rozwizaniem jednorodnego równania ró|niczkowego badanego ukBadu. 6 Przebieg skBadowej przej[ciowej jest okre[lony przez równanie charakterystyczne, które otrzymuje si poprzez przyrównanie wielomianu charakterystycznego do zera: M(s)=ansn + an-1sn-1 + ... + a1s + ao = 0 Je|eli pierwiastki równania charakterystycznego si s jednokrotne, to skBadowa przej[ciowa wyra|a si kombinacj liniow funkcji wykBadniczych: n sit yp (t ) =ð cie åð i=ð 0 Na przebieg skBadowej przej[ciowej i stabilno[ ukBadu sterowania ma wpByw poBo|enie pierwiastków równania charakterystycznego si na pBaszczyznie zmiennej zespolonej. 7 Pierwiastki rzeczywiste s1 =ð -ð að -ð að t yp (t) =ð c1e ®ð 0 przy t ®ð ¥ð s1 =ð að að t yp (t) =ð c1e ®ð ¥ð przy t ®ð ¥ð s1 =ð 0 0×ðt yp (t) =ð c1e =ð c1 8 Pierwiastki zespolone s1,2 =ð -ð að ±ð jwð (-ð að +ð jwð )t (-ð að -ð jwð )t yp (t) =ð c1e +ð c e =ð 2 -ð að t ce cos( wð t +ð jð ) s1,2 =ð að ±ð jwð (að +ð jwð )t (að -ð jwð )t yp (t) =ð c1e +ð c e =ð 2 að t ce cos( wð t +ð jð ) s1,2 =ð ±ð jwð jwð t -ð jwð t yp (t) =ð c1e +ð c e =ð 2 c cos( wð t +ð jð ) 9 Aby procesy przej[ciowe zanikaBy, czyli |eby badany ukBad byB stabilny, wszystkie pierwiastki rzeczywiste musz by ujemne, a zespolone mie ujemn cz[ rzeczywist. Je|eli chocia|by jeden z pierwiastków równania charakterystycznego ma dodatni cz[ rzeczywist, to ukBad sterowania jest niestabilny. W przypadku, w którym istniej pierwiastki jednokrotne o cz[ci rzeczywistej równej zeru, ukBad znajduje si na granicy stabilno[ci. Przy czym dla pierwiastków rzeczywistych odpowiedz jest aperiodyczna, a dla pierwiastków zespolonych odpowiedz ukBadu ma charakter oscylacyjny. Koniecznym i dostatecznym warunkiem stabilno[ci asymptotycznej (ukBad wraca do poprzedniego stanu ustalonego) jest aby: Re(si)<0 10 Liniowy ukBad sterowania jest stabilny je|eli wszystkie pierwiastki równania charakterystycznego maj cz[ rzeczywist mniejsz od zera, czyli le| w lewej póBpBaszczyznie zmiennej zespolonej s. Twierdzenia, pozwalajce oceni stabilno[ bez obliczania pierwiastków równania charakterystycznego ukBadu (biegunów), nazywane s kryteriami stabilno[ci. Wyró|nia si: " kryteria analityczne, np. Hurwitza lub Routha " kryteria graficzne czstotliwo[ciowe, np. Nyquista " kryteria grafo-analityczne, np. MichajBowa. 11 Kryterium Hurwitza Okre[la warunki, jakie powinny speBnia wspóBczynniki równania charakterystycznego, aby pierwiastki tego równania miaBy ujemne cz[ci rzeczywiste. UkBad automatyki jest stabilny tylko wówczas, gdy wspóBczynniki równania charakterystycznego (an, an-1, ..., a0) ukBadu zamknitego: ansn + an-1sn-1 + ... + a1s + a0 = 0 oraz podwyznaczniki W1, W2, ... ,Wn-1 wyznacznika Hurwitza Wn s wiksze od zera. 12 n 13 W przypadku, gdy ukBad jest niestabilny, kryterium Hurwitza nie pozwala okre[li liczby pierwiastków równania charakterystycznego le|cych w prawej póBpBaszczyznie zmiennej zespolonej s. Kryterium Hurwitza nie pozwala okre[li zapasu stabilno[ci, ale umo|liwia znalezienie warto[ci parametrów ukBadu automatyki przy których bdzie stabilny, np. warto[ci nastaw regulatora. 14 PrzykBad Transmitancja ukBadu otwartego ma posta: k G (s) =ð o (1 +ð T1s)(1 +ð T2 s)(1 +ð T3 s) Nale|y wyznaczy graniczn warto[ wspóBczynnika wzmocnienia k, tak aby ukBad zamknity byB stabilny dla: T1 = 5 sek, T2 = 2 sek, T3 = 1.4 sek Transmitancja ukBadu zamknitego: k G (s) =ð z (1 +ð T1s)(1 +ð T2 s)(1 +ð T3 s) +ð k Równanie charakterystyczne ukBadu: T1T2T3s3+(T1T2 +T1T3+T2T3)s2+(T1+T2+T3)s+1+k = 0 15 Wyznacznik Hurwitza: gdzie: a3 = T1T2T3 > 0 a2 = T1T2 + T1T3+ T2T3 > 0 a1 = T1 + T2+ T3 > 0 a0 = 1+k > 0 std k > -1, za[ w praktyce k > 0 W1 = a2 = 5 · 2 + 2 · 1.4 + 1.4 · 5= 19.8 > 0 K< 10.88 W2 = a2a1 - a0a3 = 19.8 · 8.4 - 14 ( 1 + k) > 0 UkBad zamknity bdzie stabilny dla: 0 < k < 10.88 16 Kryterium Nyquista Kryterium pozwala okre[li stabilno[ ukBadu zamknitego na podstawie charakterystyki amplitudowo- fazowej ukBadu otwartego. Transmitancja ukBadu otwartego Go(s): G0(s) = G1(s) G2(s) 17 Transmitancja ukBadu zamknitego: G (s) o G (s) =ð z 1 +ð G (s) o Równanie charakterystyczne: M(s)=1 + G0(s)=0 std G0(s) = -1 Warunek graniczny stabilno[ci: - amplituda: |G0(s)| = 1 - faza: Æ = -À czyli przej[cie charakterystyki amplitudowo-fazowej ukBadu otwartego przez punkt (-1, j0) 18 Je|eli ukBad otwarty jest stabilny, to ukBad zamknity jest równie| stabilny, je|eli charakterystyka amplitudowo-fazowa ukBadu otwartego nie obejmuje punktu (-1, j0). Je|eli ukBad otwarty jest niestabilny i ma k pierwiastków na prawej póBpBaszczyznie, to ukBad zamknity jest stabilny, je|eli charakterystyka amplitudowo-fazowa ukBadu otwartego obejmuje punkt (-1, j0) k/2 razy. 19 Kryterium Nyquista dla ukBadów statycznych 20 Kryterium Nyquista dla ukBadów astatycznych I rzdu 21 Logarytmiczne kryterium Nyquista A <ð 1 ®ð 20 lg A <ð 0 A >ð 1 ®ð 20 lg A >ð 0 jð =ð -ð pð jð =ð -ð pð 20 lg |G(jÉ)| 20 lg |G(jÉ)| ukBad po zamkniciu ukBad po zamkniciu bdzie stabilny bdzie niestabilny 22 20 lg |G(jÉ)| zapas amplitudy zapas fazy W dobrze tBumionych ukBadach, niepodatnych na samowzbudzenie zapas amplitudy powinien wynosi od 6 do 12 dB, a zapas fazy od 300 do 600 . 23 JAKOZ REGULACJI W STANACH PRZEJZCIOWYCH Kryteria czasowe Tworz parametry odpowiedzi ukBadu (uchybu regulacji e lub wielko[ci regulowanej y) na skokowe zmiany wielko[ci zadanej lub zakBóceD: " czasu regulacji tr jako czasu po upBywie którego uchyb regulacji staje si mniejszy ni| przyjta warto[ dopuszczalna ±ðDðe, najcz[ciej przyjmuje si tr àð min oraz Dðe = (0.02 0.05) yz Czas regulacji okre[lajcy szybko[ dziaBania ukBadu, w praktyce mo|na oceni w przybli|eniu jako: tr = (3 5) Tzast ob " przeregulowania æ = e2 / e1 · 100% = 10 30 % , najcz[ciej przyjmuje si 20% 24 Oscylacyjny przebieg uchybu regulacji wywoBany skokow zmian warto[ci zadanej 25 Aperiodyczny przebieg uchybu regulacji wywoBany skokow zmian warto[ci zadanej 26 Wskaznik regulacji Za wskaznik regulacji przyjmuje si stosunek transformaty Laplace`a uchybu regulacji ukBadu zamknitego Er(s) (z regulatorem) do transformaty Laplace`a uchybu sterowania ukBadu otwartego Eo(s) (bez regulatora): Je|eli rozpatrywa ten sam ukBad sterowania przed i po zamkniciu ptli sprz|enia zwrotnego, to wskaznik regulacji pozwala oceni, o ile zmienia si uchyb sterowania w wyniku zastosowania ujemnego sprz|enia zwrotnego. 27 Wskaznik regulacji najcz[ciej przedstawia si w postaci widmowej: 28 Kryteria caBkowe CaBkowe kryteria jako[ci pozwalaj oceni zarówno jako[ regulacji w stanie ustalonym (dokBadno[ statyczna), jak i w stanie nieustalonym (zapas stabilno[ci i szybko[ dziaBania ukBadu). Za caBkowe kryteria jako[ci regulacji przyjmuje si funkcjonaBy typu: I1 = e (t) dt àð min IE- integral error I2 = e2 (t) dt àðmin ISE- integral squared error 29 ¥ð 2 ITSE - integral of time multiplied I =ð t×ðe (t ) dt ®ð min òð 3 0 by squared error ¥ð I =ð e(t ) dt ®ð min òð 4 IAE - integral value of error 0 ¥ð ITAE - integral of time multiplied I =ð t e(t ) dt ®ð min òð 5 by absolute value of error 0 30 DOPUSZCZALNY UCHYB USTALONY Za miar dokBadno[ci statycznej regulacji przyjmuje si warto[ uchybu regulacji w stanie ustalonym: e(t) = yo(t)  y(t) Warto[ t mo|na wyznaczy analitycznie wykorzystujc twierdzenia o warto[ci koDcowej rachunku operatorowego Laplace a. Oczywistym jest, |e najbardziej po|dan warto[ci tego uchybu jest warto[ zero. 31 Transformata wielko[ci wyj[ciowej y(t) jest sum skBadowej wywoBanej zmian wymuszenia i skBadowej spowodowanej dziaBaniem zakBócenia: Y(s) = G1(s) G2(s) E(s) + G2(s) Z(s) nastepnie E(s) = Yo(s)  Y(s) E(s) = Y0(s)  G1(s) G2(s) E(s)  G2(s) Z(s) Go(s) = G1(s) G2(s) 32 Biorc pod uwag, |e zakBócenia s przypadkowe i nie mo|na przewidzie, jaki bdzie moduB i argument transformaty Z(s), dlatego znak minus mo|na zastpi znakiem plus: E(s) = Gu(s) Yo(s) + Gu(s) G2(s) Z(s) gdzie nazywa si transmitancj uchybow ukBadu zamknitego. 33 Uchyb nad|ania i zakBóceniowy Na podstawie ostatniej zale|no[ci mo|na wyrazi skBadow transformaty uchybu wnoszon przez zmiany wielko[ci zadanej yo(t) jako uchyb nad|ania za zmianami warto[ci zadanej: Ey(s) = Gu(s) Yo(s) a skBadow  wywoBan oddziaBywaniem zakBóceD mo|na przedstawi w postaci uchybu zakBóceniowego: Ez(s) = Gu(s) G2(s) Z(s) Warto[ tych skBadowych w stanie ustalonym wyznacza si korzystajc z twierdzenia o warto[ci koDcowej przeksztaBcenia Laplace a. 34 Warto[ci skBadowych uchybu ustalonego wyznacza si z nastpujcych zale|no[ci: 35

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
ChOiN I JG wyklad 3
JG RUST Patterns 1 8
ChOiN II JG wyklad 2
ChOiN II JG wyklad 7
jg bs
temat6
AB 8400 Moore JG M422 80 4
jg bs
jg bs
ChOiN I JG wyklad 6
MozgUZ Temat6
ChOiN II JG wyklad 6
Fanuc 18MB Moore JG MW18 89 1
07 MBII 2007 JG
JG RUST Patterns 9 15
temat6
ChOiN I JG wyklad 4

więcej podobnych podstron