Система автоматического регулирования напряжения сварочной дуги (стр. 1 из 6)
Министерство образования Российской Федерации
Тульский государственный университет
КАФЕДРА АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Система автоматического регулирования напряжения сварочной дуги.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по курсу
«Моделирование систем управления»
Выполнил студент группы 220121
_________ Батищев Д.В.
(подпись)
Проверил
_________ Ермаков А.С.
(подпись)
Тула 2004
Аннотация
В данной курсовой работе рассмотрен принцип действия системы автоматического управления напряжения сварочной дуги, построена математическая модель данной системы. Приведены сигнальные графы системы, структурная схема, определены передаточные функции системы.
Эта работа предназначена для закрепления материала по курсу «Моделирование систем управления».
Пояснительная записка содержит 39 листов и 21 рисунок.
Содержание
Введение
1. Принцип действия системы автоматического регулирования напряжения сварочной дуги
2. Функциональная схема САР напряжения сварочной дуги.
3. Сигнальный граф САР напряжения сварочной дуги.
4. Система дифференциальных уравнений.
5. Линеаризация системы дифференциальных уравнений.
6. Взвешенный сигнальный граф и структурная схема линейной математической модели САР.
7. Определение передаточных функций САР напряжения сварочной дуги.
Заключение.
Список использованной литературы.
Введение
Современные технические устройства чрезвычайно многообразны. Они предназначены для решения всевозможных задач различными методами, причем при конструировании каждого устройства предусматривается возможность воздействия на его работу для получения оптимальных результатов.
Воздействия необходимы прежде всего для сокращения затрат времени, материалов, энергии и т.п. Обычно каждое техническое устройство создается не для решения одной строго определенной задачи, а рассчитано на ряд иногда значительно различающихся между собой задач. Наконец, на каждое техническое устройство влияют различные внешние факторы. Поэтому, если при любом вероятном сочетании внешних условий мы хотим получить любой из возможных результатов работы устройства, в его поведения нужно что-то изменять или в некоторые моменты времени, или даже непрерывно, т.е. осуществлять управление и вне операции, позволяющие нужным образом изменять поведение технических устройств, достигается операциями управления.
Увеличение мощности и быстродействия машин и механизмов, повышение требований к точности различных процессов и появление новых, более сложных процессов приводит к тому, что человек становится не в состоянии управлять или с необходимой быстротой и точностью. Таким образом, в ходе технического процесса возникла потребность исключить человека из операции управления для более совершенного их выполнения.
Устройство, выполняющее операции управления без непосредственного и непрерывного участия человека, называется автоматическим управляющим устройством. В некоторых автоматических устройствах требуется поддерживать постоянным значение какой-либо величины. Эта величина называется регулируемой величиной.
Операция поддержания равенства регулируемой величины ее установленному значению называется регулированием. Поэтому автоматические системы, осуществляющие эту операцию без непосредственного участия человека, называются системами автоматического регулирования.
Ниже рассматриваются система автоматического регулирования сварочной дуги, регулируемой величиной в которой является напряжение сварочной дуги.
1. Принцип действия системы автоматического регулирования сварочной дуги
Исследуемая САР принципиальная схема которой изображена на рисунке 1 предназначена для обеспечения непрерывной автоматизированной сварки подаваемых на конвейере деталей. САР регулирует величину напряжения сварочной дуги. Сигналом задания является напряжение, подаваемое с делителя напряжения на одну из обмоток возбуждения генератора. Основными возмущающимися воздействиями в данной САР являются:
- напряжение сварочного трансформатора Uc;
- напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения генератора Uв;
- напряжение подаваемое на обмотку возбуждения двигателя Uвд;
- скорость вращения привода генератора.
; 
Рисунок 1 - Принципиальная схема САР напряжения сварочной дуги
Сигналом рассогласования в данной САР является разность магнитных потоков, создаваемых обмотками задающего устройства и устройства обеспечивающего обратную связь в системе: Ф2+Ф1.
САР состоит из делителя напряжения с подключенной к нему одной из 3-х обмоток возбуждения генератора, исполнительного двигателя, редуктора, роликового привода электрода, сварочного трансформатора, ко вторичной обмотке которого последовательно подключены дроссель и электроды сварочного устройства, а также в состав САР входит диодный мост, на вход которого подключены электроды, а на выход одна из обмоток возбуждения сварочного генератора.
Делитель напряжения выполняет функцию задающего устройства, с него подается задающий сигнал.
Сварочный генератор является одновременно сравнивающим и усилительным устройством. Он имеет 3-и обмотки возбуждения. Две из них служат для образования сигнала рассогласования (Ф2+Ф1), а третья необходима для создания на выходных клеммах Еэ даже при нулевом сигнале рассогласования, т.к. в системе должна обеспечиваться непрерывная подача одного электрода сварочного устройства. Таким образом, на величину Еэ влияет суммарный магнитный поток
Ф*=Ф2+Ф1
Якорь сварочного генератора приводится в действие внешним приводом, угловая скорость вращения которого -
.Двигатель выполняет роль исполнительного устройства. Его обмотка возбуждения питается напряжением Uвд, а напряжение на обмотку управления подаётся с сварочного генератора. Это величина Еэ.
Роликовый механизм привода электрода, соединённый с двигателем через редуктор, также является исполнительным устройством и служит для непрерывной подачи электрода.
Объектом управления в данной САР является сварочный аппарат, состоящий из сварочного трансформатора с подключенными к нему сварочными электродами. Один электрод непрерывно подаётся к месту сварки описанным выше приводом, так как в процессе сварки происходит перенос вещества с конца этого электрода на свариваемые детали. Вторым электродом служат сами детали, подаваемые на конвеере. Сварочный трансформатор служит для создания напряжения на электродах. В его цепь включен также дроссель, служащий для сглаживания амплитуды колебаний тока в цепи сварки.
Диодный мост, на вход которого подается напряжение сварочной дуги Uд, является выпрямительным устройством. С его выхода подается напряжение на потенциометр который является корректирующим устройством. С его выхода питается индуктивная обмотка возбуждения генератора служащая для создания сигнала рассогласования. Эта катушка создает магнитный поток Ф2.
Функциональная схема исследуемой САР с указанием её отдельных элементов, их технической сущности и роли, выполняемой этими элементами, изображена на рис.2.
Данная САР находится в состоянии равновесия, если сигнал рассогласования равен нулю. При этом на работу генератора оказывает влияние только магнитный поток Фв. Таким образом осуществляется подача электрода с постоянной скоростью Vn, равной скорости его сгорания V3. Расстояние между электродами остаётся постоянным. Сопротивление сварочной дуги Rq тоже постоянно. Напряжение дуги Uqне изменяется.
Если произошло скачкообразное увеличение сигнала задания U3, то увеличивается магнитный поток Ф1. При этом суммарный поток, равный Ф*=Ф2+Ф1 уменьшается. Скорость подачи электрода Vn, уменьшается, но скорость его сгорания V3 сгорания V3 в этот момент остаётся прежней, поэтому расстояние между электродами увеличивается. Растет сопротивление сварочной дуги Rq, напряжение Uq увеличивается. При этом увеличивается сигнал обратной связи UR. Магнитный поток Ф2 достигает величины Ф1. Сигнал рассогласования становится равным нулю. Скорость подачи электрода увеличивается до величены V3. Расстояние между электродами становится неизменным, но уже на другом уровне. Величина Uq увеличилась.
Пусть теперь произошло увеличение напряжения питания сварочного трансформатора Uс. ЭДС во вторичной обмотке трансформатора Ет увеличивается. Возрастает ток Iq сварочной цепи. Напряжение сварочной дуги Uq увеличивается. Возрастает сигнал обратной связи UR. Рассуждая как и ранее, заметим, что скорость подачи электрода Vn увеличится. Сопротивление Rq уменьшится и напряжение Uq упадет до прежнего уровня.
2. Функциональная схема САР напряжения сварочной дуги
На основе вышеизложенного можно построить функциональную схему САР напряжение сварочной дуги (Рисунок 2.)
Используемые в схеме обозначения:
ЗУ – задающее устройство
СУ – сравнивающее устройство
УУ – усиливающее устройство
ИУ – исполнительное устройство
ОУ – объект управления
ИзУ – измерительное устройство.
Рисунок 2 - Функциональная схема САР напряжения сварочной дуги
3. Сигнальный граф САР напряжения сварочной дуги
Рисунок 3 - Сигнальный граф САР напряжения сварочной дуги