Разработка системы непрерывного управления координатами электропривода с заданными показателями качества (стр. 2 из 3)
Тогда
Учитывая, что
, 
, 
В общем виде
Нормируя
,вводим базовую частоту
, относительный оператор 
.Получим
.Выбираем
согласно стандартной форме Баттерворта 4-го порядка 
.Задаваясь временем регулирования определяем базовую частоту
.Далее находим матрицу К коэффициентов обратных связей по переменным состояния
Проведя эксперимент, с помощью пакета MATLAB уточним значения коэффициентов обратных связей, подобрав следующие значения:
, 
, 
.3. Расчет статических и динамических характеристик
Расчет характеристик произведем с помощью пакета MATLAB 5. Модель MATLAB представлена на Рис. 2.
Ниже приведены результаты моделирования в виде графиков.
Поведение системы при гармоническом задании, частота 1 Гц амплитуда 10 В (188.5 рад/с).
а) Задание скорости
б) Отработка задания
в) Изменение ошибки
Как видно из приведенных выше графиков ошибка между заданием на скорость и отработкой задания недопустимо велика и, кроме того, между заданием скорости и отработкой задания есть еще и фазовый сдвиг. Для уменьшения ошибки слежения и исключения фазового сдвига скорректируем систему, введя дополнительное задание по производной скорости как показано на Рис. 4.
Проведя ряд экспериментов, установим также, что постоянная времени Т имеет линейную зависимость от частоты гармонического задания скорости. Вид этой зависимости представлен на Рис. 5 ниже.
График зависимости постоянной времени Т от частоты гармонического задания скорости.
Далее приведены результаты моделирования уже скорректированной системы. Из этих графиков видно, что требования, указанные в задании на проект выполняются.
Поведение системы при гармоническом задании, частота 1 Гц амплитуда 10 В (188.5 рад/с).
а) Задание скорости
б) Отработка задания
в) Изменение ошибки
г) Скорость двигателя
д) Ток двигателя
е) Упругий момент
Поведение системы при гармоническом задании, частота 5 Гц амплитуда 4 В (75.4 рад/с).
а) Задание скорости
б) Отработка задания
в) Изменение ошибки
г) Скорость двигателя
д) Ток двигателя
е) Упругий момент
4. Разработка принципиальной схемы и программного обеспечения системы, выбор ее элементов
Выбираем прецизионные операционные усилители DA1…DA9 серии КР540УД17А с параметрами: Uпит=±15 В, Iпотр=5 мА, напряжение смещения Uсм=0.03 мВ. Для аналогового перемножителя берем микросхему КР525ПС2А.
Для предотвращения обратной связи по питанию для всех микросхем применяем блокировочные конденсаторы С6…С25 серии К10-17-25В-0.1мкФ.
Для синтеза обратных связей по скоростям 1-ой и 2-ой массы применим тахогенераторы ТП80-20-0.2.
Для согласования выходного напряжения тахогенератора с системой управления применим делитель, представленный на Рис. 8.
Примем R17=10 кОм, тогда
.Выбираем R17 - С2-29-0.125-10кОм,
R27 - С2-29-0.125-26кОм.
Обратная связь по скорости.
Рис. 9
Выбираем конденсатор С2=1мкФ, находим
.Выбираем R25=24 кОм, R5=2.2 кОм.
.Выбираем R35=500 кОм.
Для обеспечения устойчивости последовательно конденсатору С2 включим демпфирующий резистор R2 номиналом:
.Принимаем
С2 - К73-17-63В-1мкФ,
R25 - С2-29-0.125-24Ом,
R5 - С2-29-0.125-2.2кОм,
R35 - С2-29-0.5-500кОм.
Аналогично выбираем элементы для реализации обратных связей по скорости другой массы.
Реализация дополнительного задания по производной скорости.
Рис. 10
Принимая Т0=0.02 с и С1=1 мкФ, находим
.Для обеспечения устойчивости последовательно С1 включаем R1 номиналом 100 Ом.
Выбираем С1 - К73-17-63В-1мкФ,
R1 - С2-29-0.125-100Ом,
R16 - С2-29-0.125-20кОм.
Реализация устройства модуля входного сигнала.
Рис. 11
Выбираем R11=R12=R13=10 кОм, тогда R23=R24=20 кОм.
Принимаем R11, R12, R13 - С2-29-0.125-10кОм,
R23, R24 - С2-29-0.125-20кОм.
Реализация усилителя с коэффициентом усиления, зависящим от Uзч.
Рис. 12
Т.к. Т изменяется в пределах (0.2…0.15) с, то, выбирая Т0=0.02 с, находим пределы изменения
. Тогда сигналу Uзч=10 В пусть соответствует значение К=20, а при Uзч=0 - К=15.Для того, чтобы Т могло изменяться в указанных пределах необходимо, чтобы Uвых менялось в интервале (10…7.5) В. тогда, если выбрать Uоп=-7.5В, то находим, что R30=100 кОм, (R14+R19) = (R15+R20) = (10+15) кОм.
Выбираем R30 - С2-29-0.25-100кОм,
R14, R15 - С2-29-0.125-10кОм,
R14, R15 - С2-29-0.125-15кОм.
Реализация операции умножения двух аналоговых сигналов.
Рис. 13
Выбираем подстроечные резисторы R37, R38, R39 - СП3-38-0.125-22кОм.
Реализация сумматора с ограничением выходного сигнала и коэффициентом умножения Ку=1.6
Рис. 14
Здесь выбираем R31, R32, R33, R34 - С2-29-0.25-100кОм, тогда
(берем R29 - С2-29-0.25-160 кОм).Для ограничения выходного напряжения применим стабилитрон КС210Б, с параметрами: Uст=10 В, Iст=5 мА, DUст= (9…10.5) В.
5. Разработка конструкции блока управления
При разработке конструкции блока управления необходимо учитывать ряд факторов, влияющих на конструктивное исполнение блока. Будем считать, что плата модуля управления входит с общий блок системы управления, т.е. является отдельным ее модулем. Модуль управления вставляется в общий блок по направляющим, позволяющим точно совместить разъем с ответной частью. Для удобства монтажа на передней панели предусмотрена ручка.
Все устройства блока управления собраны на выбранных ранее операционных усилителях, резисторах, конденсаторах и других элементах. Блок управления сконструирован на печатной плате из текстолита фольгированного марки СФ1 ГОСТ 10316 - 78. Монтаж элементов односторонний, разводка дорожек двухсторонняя. Расположение элементов соответствует наиболее рациональной разводке.