Розробка лінійних систем автоматичного управління (САУ) з цифровою корегуючою ланкою (стр. 1 из 3)
Вступ
Мета курсової роботи - набуття студентами навичок у розрахунку лінійних систем автоматичного управління (САУ) з цифровою корегуючою ланкою, роль якої може виконувати мікропроцесор, що управляє обчислювальною машиною, чи будь-який спеціалізований цифровий управляючий пристрій.
Відповідно до завдання необхідно розробити слідкуючу систему, що задовольняє визначеним технічним умовам. Система повинна забезпечувати синхронне і синфазне обертання двох вісей, механічно не зв'язаних між собою. Входом системи є кут повороту сельсина-датчика, а виходом - кут повороту вихідного вала редуктора, механічно зв'язаного з робочим механізмом і з ротором сельсина-приймача.
Слідкуючі системи, розглянутого типу, широко застосовуються для дистанційного управління різними механізмами, а також при побудові САУ в різних галузях промисловості.
1. Завдання на виконання курсової роботи
1.1. Мета курсової роботи - проектування слідкуючої системи, яка задовольняє заданим технічним умовам.
1.2. Вимірювальний пристрій - сельсинні пари.
1.3. Виконавчий двигун - двигун постійного струму серії МІ.
1.4. Підсилювач потужності - електромашинний підсилювач з поперечним полем.
1.5. Вихідні дані для проектування системи.
1.5.1. Статичний момент навантаження об'єкта управління - Мос, Нм
1.5.2. Момент інерції об'єкта управління - Jо, кгм2
1.5.3. Максимальна кутова швидкість об'єкта управління - о max.
1.5.4. Максимальне кутове прискорення об'єкта управління - о max
1.5.5. Вимоги, які запропоновані до якості процесу управління: максимальне перерегулювання - мах,%; час регулювання - tр ; максимальна кінетична похибка - xmax, рад.
Варіанти вихідних даних приведені в додатоку 1.
1.6. Курсова робота повинна містити такі розділи.
1.6.1. Розробка функціональної схеми.
1.6.2. Вибір елементів системи: виконавчого двигуна (серії МІ) і електромашинного підсилювача потужності (ЕМП), розрахунок пере1.6.3. Складання передаточних функцій елементів незкорегованої слідкуючої системи.
1.6.4. Побудова логарифмічних частотних характеристик (ЛАЧХ ) незкорегованої системи, бажаної системи і послідовної корегуючої ланки.
1.6.5. Побудова на ЕОМ перехідної функції H(t) і визначення по ній показників якості перехідного процесу для системи з безперервною послідовною корегуючою ланкою.
1.7. Розрахунково-пояснювальна записка повинна містити такі розділи.
1.7.1. Вступ (мета виконання роботи, опис слідкуючої системи, принцип її роботи, опис функціональної схеми системи).
1.7.2. Вихідні дані для проектування системи.
1.7.3. Розрахункова частина.
1.7.4. Висновок (основні характеристики зпроектованої системи).
1.7.5. Список літератури.
1.8. Додатком до розрахунково-пояснювальної записки повинні бути функціональна і структурна електричні схеми слідкуючої системи; ЛАЧХ і ЛФЧХ зкорегованої і незкорегованої системи, графік перехідній функції системи , таблиці і графіки, необхідні для виконання даної роботи.
1.9. Записка повинна бути оформлена відповідно до вимог ЄСКД (написана чорним чорнилом чи пастою, або надрукована на принтері на аркушах формату 11). Орієнтовний обсяг записки - 20 - 25 сторінок.
2. Порядок розрахунку слідкуючої системи
2.1 Розробка функціональної схеми
В слідкуючій системі, яка проектується, в якості виконавчого двигуна (Д) використовується двигун постійного струму серії МІ, в якості підсилювача потужності - електромашинний підсилювач з поперечним полем (ЕМП). Для вимірювального пристрою (ВП) рекомендується використовувати сельсинну пару: сельсин-датчик і сельсин-трансформатор (приймач). Оскільки вимірювальний пристрій працює на змінному струмі, а підсилювач потужності і виконавчий двигун - на постійному струмі, то після вимірювального пристрою повинний бути застосований фазовий детектор (ФД). Крім зазначених елементів у функціональну схему входять: корегувальний пристрій (КП), підсилювач напруги (П), редуктор (Р), за допомогою якого виконавчий двигун з'єднується з об'єктом управління і ротором сельсина-трансформатора, та об'єкт управління (ОУ).
Функціональна схема цифрової слідкуючої системи, наведена на рис.1. Рис.1. Функціональна схема цифрової слідкуючої системи
Рис.1. Функціональна схема слідкуючої системи
слідкуюча цифрова корегуюча ланка
2.2 Вибір виконавчого двигуна
Вибір двигуна починають з розрахунку необхідної потужності, що повинна бути достатньої для забезпечення заданої швидкості і прискорення об'єкта управління при заданому навантаженні.
Необхідна потужність, Вт:
,де рККД редуктора, р = 0,72 .
З каталогу (додаток 2) вибираємо найближчий двигун більшої потужності Рн > Ртр і виписуємо його паспортні дані:
Рн - номінальна потужність (Вт);
nн - номінальна швидкість обертання (об/хв);
Uн - номінальна напруга (В);
Iн - номінальний струм якоря (А);
Rд- опір ланцюга обмотки якоря (Ом);
Jд - момент інерції якоря (кг.м2);
д- ККД двигуна.
Потім послідовно визначаємо такі величини:
номінальна кутова швидкість двигуна н (с-1) -
н = nн/30 ;
номінальний момент двигуна Мн (Н.м) -
Мн = 9,55Рн/nн ;
оптимальне передаточне число редуктора iр -
,де Jр = 1.10-4 кг.м2 - момент інерції редуктора.
Визначаємо необхідний момент на валу двигуна:
.Для обраного двигуна необхідно перевірити вимогу чи задовольняє він моменту і швидкості у відповідності до таких умов:
Мтр/Мн£ o max iр / н £ a ;
де коефіцієнт припустимого перевантаження двигуна по моменту (для двигуна постійного струму a - коефіцієнт припустимого короткочасного збільшення швидкості двигуна понад номінальний, за звичай a = 1,2 - 1,5.
Приклад. Вибрати виконавчий двигун слідкуючої системи, якщо відповідно до технічного завдання: Jо=100кг.м2; Мос= 120 Нм; омах= 0,7 з-1; omax= 0,44 з-2 ; р = 0,72.
Необхідна потужність двигуна
Ртр = 2(120 + 100. 0,44). 0,7/0,72 = 319 Вт .
Вибираємо двигун типу МІ-22 (додаток2) з такими параметрами: Рн = 370Вт; Uн = 110 В; nн = 3000 об/хв; Jд = 0,004 кг.м2.
Задамо момент інерції редуктора, який підведений до вала двигуна Jр=1.10-4 кг.м2, і знайдемо передаточне число редуктора
.Необхідний момент
.Номінальний момент обраного двигуна дорівнює:
.Проведемо перевірку двигуна: по моменту - 1,28/1,18< 10 ;
по швидкості - 0,7.355/314 = 0,79 < 1,5 .
У результаті перевірок двигуна по моменту і швидкості видно, що він не перевантажений. Отже, двигун МІ-22 обраний правильно.
2.3 Вибір підсилювача потужності
В якості підсилювача потужності використовуємо ЕМП з поперечним полем. При виборі підсилювача необхідно дотримуватися таких умов.
1. Номінальна потужність підсилювача повинна задовольняти нерівності
Рпн ³ Рн / д ,
де д - ККД двигуна.
2. Номінальна напруга підсилювача повинна бути не менше номінальної напруги виконавчого двигуна.
3. Номінальний струм підсилювача повинний бути не менше, ніж номінальний струм двигуна.
З огляду на зазначені умови, вибираємо тип ЕМП (див. додаток 3).
2.4 Складання передаточних функцій елементів слідкуючої системи
2.4.1 Виконавчий двигун
Передаточна функція виконавчого двигуна по куту повороту має вид (якщо знехтувати індуктивністю ланцюга якоря)
де Кд - коефіцієнт підсилення двигуна, рад/В.с : Кд = н / Uн ;
Тд - електромеханічна постійна часу:
В останній формулі =1,2 - постійний коефіцієнт;
Jc - сумарний момент інерції, приведений до вала двигуна
; 
2.4.2 Електромашинний підсилювач (ЕМП)
Передаточна функція ЕМП
КЕМП - коефіцієнт підсилення ЕМП по напрузі
де UЕМП - напруга на виході ЕМП ;
- напруга обмотки управління ЕМП ;Ру, Rу - відповідно потужність і опір обмотки управління ЕМП,
Ту, Ткз - постійні часу обмотки управління і короткозамкненої обмотки
якоря ЕМП.
2.4.3 Підсилювач
Підсилювач (на функціональній схемі - П) слугує для узгодження вихідного сигналу ЦАП із вхідним опором обмотки управління ЕМП. Його можна вважати безінерційною ланкою з передаточною функцією Wп(Р) = Кп.