Файл: Комплекс лабораторных работ по тау.doc

• 
  Gain – Коэффициент усиления.
  
• 
  Multiplication – Способ выполнения операции. Может принимать значения: Element-wiseK*u (Поэлементный), Matrix K*u (Матричный), Matrix u*K (Матричный.)
  
• 
  Saturate on integer overflow (флажок) - Подавлять переполнение целого. При установленном флажке ограничение сигналов целого типа выполняется корректно
  

36. 
    Параметр блока Gain может быть положительным или отрицательным числом, как больше, так и меньше 1. Коэффициент усиления можно задавать в виде скаляра, матрицы или вектора, а также в виде вычисляемого выражения.
    
37. 
    
    

38. Получение временных и частотных характеристик

39. 
    
    
40. 
    Получение временных и частотных характеристик рассмотрим на примере колебательного звена, передаточная функция которого имеет вид:
    
41. 
    ,
    
42. 
    Где k=1 (коэффициент усиления)
    
43. 
    T=0.1 (постоянная времени звена)
    
44. 
    ζ=0,3 (коэффициент относительного затухания звена)
    
45. 
    Схема для исследования колебательного звена представлена на рисунке 1.1.35
    
46. 
    
    
47. 
    
    
48. 
    
    
49. 
    Рисунок 1.1.35 – Схема колебательного звена
    
50. 
    
    

51. 
    
    
52. 
    Переходная характеристика h(t) представляет собой переходной процесс на выходе звена, возникающий при подаче на его вход скачкообразного воздействия при величине скачка, равной единице.
    
53. 
    Для получения данной характеристики необходимо собрать схему, указанную на рисунок 1.1.35. Для этого необходимо:
    

• 
  На панели инструментов окна браузера библиотек Simulink Library Browser щелкните по пиктограмме Создать новую модель. В окне браузера Simulink Library Browser щелкните по компоненту Continuous библиотеки simulink. Из правой части окна браузера отбуксируйте блок Transfer Fcn (Передаточная функция) в окно файла untitled.
  
• 
  В левой части окна браузера Simulink Library Browser щелкните по компоненту Sources (Источники) библиотеки simulink. В правой части окна браузера появятся пиктограммы источников сигналов. Отбуксируйте блок Step в окно файла untitled. Блок Step обеспечивает формирование скачкообразного постоянного сигнала.
  
• 
  В левой части окна браузера Simulink Library Browser щелкните по компоненту Sinks (Приемники) библиотеки simulink. Из правой части окна браузера отбуксируйте блок Scope (Индикатор) в окно файла untitled. Сверните все окна, кроме окна файла untitled.
  
• 
  Соедините три блока, находящиеся на одном уровне для этого: Установите указатель мыши на выходе первого блока (при этом курсор должен принять форму перекрестия).Нажмите левую кнопку мыши и, удерживая ее в этом положении, передвиньте указатель ко входу второго блока. Отпустите кнопку мыши. Программа заменит указатели входов и выходов блоков соединительной линией с указанием направления передачи сигнала. Аналогично соедините второй и третий блоки.
  

1. 
   
   
2. 
   Как только схема будет собрана, запустите процесс моделирования, щелкнув по кнопке Start simulation на панели инструментов . Для получения результатов моделирования дважды щелкните по изображению блоков индикаторов Scope. Переходной процесс колебательного звена изображен на рисунке 1.1.36
   
3. 
   
   
4. 
   
   
5. 
   
   
6. 
   Рисунок 1.1.36 – Переходная характеристика колебательного звена
   
7. 
   
   
8. 
   Еще одним способом получения характеристики h(t) является использование специального инструментального средства LTI – Viewer.
   

• 
  В строке меню файла untitled выберите Tools, а в открывшемся меню команду Linear Analysis при этом откроются два окна: Окно обозревателя LTI Viewer, в котором будут строиться графики исследуемой линейной модели (При первом обращении оно пусто, по умолчанию задан режим построения графика реакции модели на скачкообразный сигнал, т.е. графика переходной функции), окно элементов, обозначающих входы и выходы исследуемой модели, Model_Inputs_and_Outputs. Элемент Input Point – предназначен для определения места подачи входного сигнала, а элемент Output Point – определяет по какой выходной координате производится исследование.
  
• 
  Обозначим вход и выход блока Transfer Fcn. С этой целью последовательно отбуксируйте из окна Model_Inputs_and_Outputs в окно файла untitled элементы Input Point и Output Point. Поочередно выделите элементы в окне файла untitled и установите их так как показано на рисунке 1.1.37
  

62. 
    
    
63. 
    
    
64. 
    
    
65. 
    Рисунок 1.1.37 Блок схема исследования колебательного звена
    
66. 
    
    
67. 
    Для получения характеристик активизируйте окно обозревателя LTI Viewer. В строке меню выберите Simulink, а в открывшемся меню команду Get Linearized Model. В графическом поле появится график переходной функции для колебательного звена.
    
68. 
    Съем показаний удобно производить при включенном режиме отображения сетки.
    
69. 
    В строке меню окна обозревателя выберите Edit, а в открывшемся подменю - Viewer Preferences. В появившемся диалоговом окне откройте вкладку Style и установите галочку в поле Show Grind и щелкните на кнопку ОК. График звена будет выглядеть следующим образом:
    
70. 
    
    
71. 
    
    
72. 
    
    
73. 
    Рисунок 1.1.38 – Переходная характеристика колебательного звена
    
74. 
    
    

75. 
    
    
76. 
    Функция веса представляет собой реакцию звена на единичную импульсную функцию, поданную на его вход.
    
77. 
    Используя схему на рисунке 1.1.35 получим реакцию колебательного звена на единичную импульсную функцию. Для этого снова воспользуемся ИС LTI – Viewer.
    
78. 
    В строке меню окна обозревателя выберите Edit, а в открывшемся подменю - Plot Configurations. В появившемся диалоговом окне в раскрывающемся списке 1: поля Response type выберите процедуру построения импульсной переходной функции – Impulse и нажмите ОК. В остальном, процесс получения функции веса аналогичен получению переходной характеристики.
    
79. 
    
    
80. 
    
    
81. 
    
    
82. 
    Рисунок 1.1.39 – функция веса колебательного звена
    
83. 
    
    

84. 
    
    
85. 
    Амплитудно-фазовая характеристика строится на комплексной плоскости. Она представляет собой геометрическое место концов векторов (годограф), соответствующих частотной передаточной функции при изменении частоты от нуля до бесконечности.
    
86. 
    Для получения амплитудно-фазовой характеристики необходимо выполнить те же шаги, что и при получении функции веса. Щелкните правой мышкой на графике, в открывшемся меню выберите Plot Type, в сплывающем списке выберете процедуру построения амплитудно-фазовой характеристики – Nyquist.
    
87. 
    
    
88. 
    
    

89. 
    Рисунок 1.1.40 – Амплитудно-фазовая характеристики колебательного звена
    

90. 
    В MatLab амплитудно-фазовая характеристика строится при изменении частоты от - до + , поэтому ее годограф состоит из двух кривых симметричных относительно оси абсцисс.
    
91. 
    
    

92. 
    
    
93. 
    Амплитудно-частотная характеристика показывает, как пропускает звено сигнал различной частоты.
    
94. 
    Фазовая характеристика показывает фазовые сдвиги, вносимые звеном на различных частотах.
    
95. 
    Для практических целей удобнее пользоваться строить логарифмическую амплитудно-частотную характеристику (ЛАЧХ) и логарифмическую фазо-частотную характеристику (ЛФЧХ). Эти величины выражаются в децибелах (дБ).
    
96. 
    Щелкните правой мышкой в окне графика обозревателя LTI Viewer, в открывшемся меню выберите Plot Type, в сплывающем списке - процедуру Bode.
    
97. 
    По умолчанию программа построит графики логарифмических амплитудно-частотных характеристик, т.е. функцию 20lg( ).
    
98. 
    
    
99. 
    
    
100. 
     Рисунок 1.1.41 – ЛАЧХ и ЛФЧХ колебательного звена
     
101. 
     
     
102. 
     Для того чтобы получить АЧХ и ФЧХ необходимо щелкнуть правой мышкой в окне графика обозревателя LTI Viewer, в открывшемся меню выбрать Properties, а в диалоговом окне перейти на вкладку Units. В раскрывающемся списке Magnitude in установить Absolute и нажать кнопку Close.
     

103. 
     
     
104. 
     Рисунок 1.1.42 – АЧХ и ФЧХ колебательного звена.
     
105. 
     
     
1. 1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Лабораторная работа «Исследование временных и частотных характеристик. Определение параметров звеньев».

1. 
   Цель работы:
   
2. 
   Исследование временных и частотных характеристик непрерывных динамических звеньев систем управления и определение параметров звеньев по полученным экспериментальным путем временным и частотным характеристикам.
   

3. Теоретическая часть

4. 
   
   
5. 
   Элементарными звеньями называются простейшие составные части структурных схем систем автоматического управления, описываемые дифференциальными уравнениями не выше второго порядка.
   
6. 
   Основными временными характеристиками звеньев по отношению к входному воздействию являются его весовая и переходная функции.
   
7. 
   
   
8. 
   Переходной функцией звена h(t) называется его реакция на входной сигнал в виде единичной ступенчатой функции 1(t) при условии, что до приложения входного воздействия звено находилось в покое. Аналитическое выражение переходной функции звена может быть получено в результате решения его дифференциального уравнения.
   
9. 
   Весовой функцией звена называется его реакция на входной сигнал в виде дельта - функции при условии, что до приложения входного воздействия звено находилось нулевом состоянии.
   
10. 
    
    
11. 
    П о переходной (или весовой) функции определяется структура и параметры элементарного звена. Пусть, например, экспериментально получена переходная характеристика элементарного звена в виде, показанном на рисунке 1.2.1
    
12. 
    
    
13. 
    
    
14. 
    
    
15. 
    
    
16. 
    
    
17. 
    
    
18. 
    
    
19. 
    
    
20. 
    
    
21. 
    
    
22. 
    
    
23. 
    
    
24. 
    
    
25. 
    Рисунок 1.2.1 – переходной процесс.
    
26. 
    
    
27. 
    Из рисунка видно, что переходный процесс имеет экспоненциальный характер, поэтому звено имеет первый порядок. Поскольку в начале переходного процесса при t->0 переходная функция имеет разрыв, то степень числителя передаточной функции равно степени знаменателя, т.е. единице. На основании проведенных рассуждений передаточную функцию звена запишем в виде:
    

16. 
    
    
17. 
    ,
    
    1. 
       а изображение переходной функции будет
       
    2. 
       ,
       
    3. 
       Здесь s - комплексная переменная преобразования Лапласа.
       
    4. 
       На основании теоремы о начальном значении оригинала находим что
       
    5. 
       , ( 1.2.1)