Разработка следящей системы (стр. 1 из 3)
Список сокращений и терминов, используемых в пояснительной записке
САУ — система автоматического управления.
ТАУ — теория автоматического управления.
ДПТ — двигатель постоянного тока.
САР — система автоматического регулирования.
СИФУ — система импульсно-фазового управления.
УВ — управляемый выпрямитель.
ОВ — обмотка возбуждения ДПТ.
КУ — корректирующее устройство.
РС, РП — регулятор скорости, регулятор положения.
ТП — тиристорный преобразователь.
ЭЧ — электрическая часть ДПТ.
ЭМЧ — электромеханическая часть ДПТ.
МЧ — механическая часть ДПТ.
Р — редуктор.
Н — нагрузка.
С — сельсины.
ДТ, ДС, ДР — датчик тока, датчик скорости, датчик рассогласования.
UЗ — напряжение задания.
Uп — напряжение питания.
ОУ — операционный усилитель.
IВ — ток в обмотке возбуждения ДПТ.
Мдв — электромагнитный момент, развиваемый ДПТ.
Мс — статический момент.
АФХ — амплитудо-фазовая характеристика.
Целью данной курсовой работы является разработка следящей системы, задачей которой является воспроизведение траектории, которая заранее не задана. К системам данного класса предъявляются требования по быстродействию и точности воспроизведения задающего сигнала.
Следящие системы применяются в приводе манипуляторов роботов, на конвейерных установках и любых других устройствах, где заранее неизвестна траектория рабочего органа.
При проектировании системы необходимо:
Построить функциональную схему;
Определить передаточные функции звеньев;
На основании функциональной схемы построить структурную схему;
Проверить систему на устойчивость, на статическую ошибку.
1.1 Функциональный анализ и составление функциональной схемы САР
Функционально система регулирования имеем следующий вид:
Рисунок 1.1—Функциональная схема электропривода
Задачей следящей системы является отработка задающего сигнала. В качестве сравнивающего узла используются сельсины, работающие в трансформаторном режиме. При наличии угла рассогласования между сельсином-датчиком (прикреплен к рабочему органу) и сельсином-приемником, в обмотке возбуждения приемника наводиться ЭДС, которая через датчик рассогласования подается на вход системы и является задающим сигналом для поворота сельсина-приемника двигателем. Для отработки задающего сигнала применяется двухконтурная система подчиненного регулирования.
Ниже приводится краткое описание принципа работы схемы.
Входной величиной регулятора положения является напряжение поступаемое от датчика рассогласования.
Входными сигналами регулятора скорости являются: сигнал задания скорости и отрицательный сигнал, поступающий от датчика скорости. Выходной сигнал регулятора скорости является управляющим для тиристорного преобразователя, который состоит из блока управления (СИФУ) и силовой части (УВ). Выходной величиной преобразователя является напряжение обмотки возбуждения.
С помощью изменения напряжения производится изменение электромагнитного момента ДПТ, а, следовательно, и скорости.
Двигатель через редуктор вращает рабочий орган, на котором закреплен сельсин-приемник. Тем самым уменьшается сигнал от датчика рассогласования.
Функциональная схемы состоит из следующих блоков:
Регулятор положения.
 | Предназначен для преобразования напряжения задания положения в выходное для управления контуром скорости ДПТ.Входная величина: UДР.Выходная величина: UУП;Возмущения: напряжение питания ОУ; температура, изменяющая характеристики ОУ. |
Регулятор скорости.
 | Предназначен для преобразования напряжения задания скорости в выходное для управления тиристорным преобразователем.Входная величина: Uзс-Uдс;Выходная величина: Uус;Возмущения: напряжение питания ОУ; температура, изменяющая характеристики ОУ. |
Тиристорный преобразователь.
 | Предназначен для преобразования переменного трехфазного напряжения питающей сети в постоянное. Величина постоянного напряжение определяется регулятором.Входная величина: Uрс;Выходная величина: Етп;Возмущения: напряжение и частота питающей сети. |
Электрическая часть ДПТ.
 | Предназначена для преобразования напряжения обмотки возбуждения в ток возбуждения.Входная величина: Етп;Выходная величина: IВ;Возмущение: температура окружающей среды. |
Электромеханическая часть ДПТ.
 | Предназначена для преобразования тока возбуждения в момент, развиваемый двигателем.Входная величина: IВ;Выходная величина: МДВ;Возмущения: температура. |
Механическая часть ДПТ.
 | Предназначена для преобразования входного момента в частоту вращения якоря.Входная величина:  М=Мдв-Мстатический;Выходная величина:  ; |
Редуктор.
 | Предназначен для преобразования входной частоты вращения в выходную меньшего значения.Входная величина:  ;Выходная величина:  ; |
Датчик скорости.
 | Предназначен для преобразования скорости вращения ДПТ в напряжение, поступаемое на регулятор скорости.Входная величина: w1;Выходная величина: Uдс;Возмущения: температура окружающей среды. |
Датчик положения.
 | Предназначен для преобразования разности углов между сельсинами в напряжение, поступаемое на регулятор положения.Входная величина: fДАТЧИКА-fПРИЕМНИКА;Выходная величина: UДР.Возмущение: температура |
1.2 Математическое описание элементов САР и определение их передаточных функций
Тиристорный преобразователь
Тиристорный преобразователь в зависимости от возможности реверса, типа управления группами вентилей, режима работы описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений. Его динамика, как элемента системы управления, отличается следующими особенностями:
1)преобразователь управляется не непрерывно, а дискретно;
2)преобразователь является полууправляемым устройством, поскольку тиристор открывается в момент подачи управляющего импульса, а закрывается - когда ток через него станет равен нулю.
Нелинейность тиристорного преобразователя вызывает появление низкочастотных биений при воздействии сигналов с частотой, большей частоты питающей сети, субгармонических колебаний в замкнутых системах при попытке организовать высокое быстродействие. Поэтому в целом тиристорный преобразователь, работающий в режиме непрерывного тока, с достаточной точностью можно представить одним динамическим безинерционным звеном с чистым запаздыванием, передаточная функция которого имеет вид:
,где
- общее время запаздывания; 
- время запаздывания силового преобразователя, которое принимается равным половине максимального времени запаздывания: = 
,где fсети – частота сети;
mв – число фаз выпрямления;
- время запаздывания устройства управления, которое принимают равным:-
=0,07с для полупроводниково-емкостного устройства;-
=0 для СИФУ вертикального типа.С достаточной точностью тиристорный преобразователь, работающий в режиме непрерывного тока, можно представить инерционным звеном
.Если блок управления тиристорами имеет на входе фильтр для защиты от высокочастотных помех, то передаточная функция тиристорного преобразователя примет вид: