Лабораторная работа 3
ПРИНЦИПЫ И ЗАКОНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Рабочие файлы: [open.vsm] [closed.vsm] [pid.jig]

1. Цель работы

Ознакомление с принципами разомкнутого и замкнутого регулирования. Исследование процессов преобразования сигналов в каналах типового ПИД-регулятора. Изучение свойств непрерывных законов регулирования: пропорционального (П), интегрального (И), изодромного (ПИ) и вариантов с дифференцирующим каналом (ПД, ПИД).

2. Предварительное домашнее задание

2.1. Составить передаточные функции $W(s)$ для всех блоков структурных схем рабочих файлов.

3. Содержание работы

3.1. Изучить параметры сигнала задания $g(t)$ в файле open.vsm. Определить интервалы, где координата задания постоянна, меняется с постоянной скоростью или с постоянным ускорением.

3.2. Опираясь на принцип суперпозиции и понятие о ряде Тейлора, изучить как каналы ПИД-регулятора формируют сигнал воздействия на объект – $u(t)$ из первичной информации – $x(t)$. С помощью эксперимента доказать линейность свойств каналов ПИД-регулятора (файл open.vsm).

3.3. Изучить реализацию ПИД-регулятора на ОУ (файл pid.jig). Определить коэффициенты усиления каналов регулятора тремя способами:

3.4. В файлах open.vsm и closed.vsm коэффициенты усиления регуляторов оптимально настроены для управления объектом в соответствии с принципами Понселе (без ОС) и Ползунова-Уатта (с ОС). По своему усмотрению изменить параметры объекта и сравнить последствия. Вновь настроить регуляторы.

3.5. Построить два семейства зависимостей приведенной статической погрешности от изменения коэффициента усиления объекта при разных коэффициентах передачи пропорционального канала регулятора. В первом случае – для управления с ОС, во втором – без ОС. Первое семейство погрешностей привести к сигналу задания $1(t)$, второе – к среднему значению коэффициента усиления для каждой вариации (семейство вырождается в один график). Пояснить результаты.

4. Методические указания к моделированию и рекомендации к содержанию отчета

4.1. Привести общее описание типового ПИД-регулятора (структурная схема, дифференциальное уравнение, передаточная функция, параметры).

4.2. При формальном изучении характера трансформаций каналами ПИД-регулятора составляющих ряда Тейлора во входном сигнале следует так же описать особые свойства или эффекты присущие каналам, фиксируемые в опытах. Следует так же дать разъяснения, по какой причине для изучения свойств регулятора предложены идеализированные сигналы, несмотря на то, что в реальных САР они таковыми не являются. Так же следует разъяснить, по какой причине предложена поканальная схема изучения регулятора, несмотря на то, что чаще каналы используются одновременно.

4.3. Описать, какие ограничения накладывает частотная характеристика типового ОУ на свойства ПИД-регулятора и как их следует учитывать при проектировании САР. При уточнении коэффициентов усиления регулятора на основе измерений во временном домене следует выбирать частоту синусоидального сигнала ориентируясь на характерных сдвиг фаз в интегрирующей, пропорциональной и дифференцирующей областях. Следует помнить, что предложенная схема ПИД-регулятора дополнительно инвертирует сигнал.

4.4. При осуществлении настройки коэффициентов ПИД-регулятора можно ориентироваться на интеграл квадрата ошибки регулирования.

4.5. Постоянные времени объекта и дифференцирующий канал регулятора не оказывают ни какого влияния на любую САР в неподвижном состоянии. Рекомендуется учесть этот факт при измерении статической составляющей ошибки.