Система автоматического управления положением объекта (стр. 1 из 5)
Пензенский Государственный Университет
Кафедра «Автоматика и телемеханика»
Система автоматического управления положением объекта
Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине
«Теория автоматического управления»
Выполнил: ст. гр. 05УА1
Разин А.В.
Руководитель: к.т.н., доцент
Малёв Б.А.
Пенза, 2008
Техническое задание
Вариант №37
Разработать систему автоматического управления положением объекта по заданным характеристикам объекта и показателям качества управления.
Исходные данные на разработку системы приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Момент инерции нагрузки JH, кг·м2 | 2·10-3 |
| Статический момент нагрузки MH, Н·м | 7 |
| Угловая скорость нагрузки ΩМ, рад/с | 4 |
| Угловое ускорение нагрузки εМ, рад/с2 | 30 |
Ошибка следования  ,град | 1,0 |
| Запас устойчивости по фазе γ, град | 40 |
| Критерий устойчивости | Михайлова |
| Вид входного воздействия | Гармоническое |
Содержание
Введение
1. Анализ технического задания на систему
2. Статический расчёт системы
2.1 Выбор двигателя и редуктора
2.2 Выбор элемента сравнения
2.3 Определение коэффициента передачи разомкнутой системы
2.4 Выбор усилительного устройства
3. Динамический расчёт системы
3.1 Определение передаточных функций системы
3.2 Построение логарифмических характеристик
3.3 Проверка устойчивости системы по критерию А.В. Михайлова
3.4 Построение желаемой ЛАХ системы
3.5 Построение ЛАХ корректирующего устройства
3.6 Выбор схемы и расчёт корректирующего устройства
4. Описание принципиальной схемы
Заключение
Список использованных источников
Введение
Автоматическое управление различными техническими объектами является одним из самых прогрессивных направлений в развитии техники. При автоматическом регулировании задача поддержания постоянства регулируемой величины или изменения её по какому-либо закону должна выполнятся без непосредственного участия человека. Устройство, освобождающее человека от выполнения функций регулирования, называемое регулятором в совокупности с объектом управления называется системой автоматического управления (САУ).
Современная система автоматического управления представляет собой сложные комплексы взаимодействующих устройств и элементов, работа которых основана на различных физических принципах.
САУ должна одновременно решать две задачи:
· Обеспечивать с требуемой точностью изменение выходной величины в соответствии с поступающей из вне входной величиной
· По возможности нейтрализовать действие внешних возмущений
В основу работы системы положен принцип замкнутого цикла, заключающийся в сравнении действительного изменения регулируемой величины
С заданным ее изменением, определяемым управляющим сигналом. Возмущающий в результате сравнения сигнал ошибки используется для формирования регулирующего воздействия на объект управления с тем, чтобы ошибка системы не превышала допустимого значения.
В данной работе разрабатывается система автоматического управления положением объекта. Весь процесс проектирования можно разбить на несколько этапов:
1) Выбор и расчёт основных элементов нескорректированной системы;
2) Анализ устойчивости системы и синтез корректирующего устройства, обеспечивающего требуемые качественные показатели;
3) Разработка полной принципиальной схемы.
1. Анализ технического задания на систему
На данном этапе проектирования автоматической системы управления в соответствии с её назначением, требованиями к точности выбирается метод управления и составляется функциональная схема.
Разрабатываемая следящая система предназначена для воспроизведения осью нагрузки закона изменения угла поворота входной оси.
Многие следящие системы рассчитывают применительно к эквивалентному синусоидальному режиму
,
где амплитуда А и эквивалентная частота 
определяются по заданнымв ТЗ максимальной частоте вращения 
имаксимальному угловому ускорению 
входной оси
= 
(рад) 
(1/с)Расчёт системы будет производиться с применением частотных методов, считая, что элементы системы имеют линейные или линеаризованные характеристики.
Наглядное представление о функциях, которые выполняют отдельные элементы системы, и связях между ними даёт функциональная схема системы автоматического управления. Функциональная схема представлена на рисунке 1.
ПУ – предварительный усилитель;
УМ – усилитель мощности;
ЭД – электродвигатель;
ОУ – объект управления.
Рисунок 1 – Функциональная схема следящей системы
Как видно из функциональной схемы, на объект управления поступает регулирующее воздействие x(t), являющееся выходной величиной управляющей части системы (регулятора), которая представляет собой совокупность элемента сравнения, предварительного усилителя, усилителя мощности, электродвигателя и силового редуктора, специально введённых для получения замкнутой системы автоматического управления. Замыкание контура управления производится подачей в регулятор по цепи главной обратной связи управляемой величины, которая отличается от выходной величины. Элемент сравнения вырабатывает ошибку рассогласования, которая затем усиливается предварительным усилителем и усилителем мощности и подаётся на исполнительный элемент (электродвигатель).
2. Статический расчёт системы
Содержанием статического расчёта системы является выбор основных элементов. По данным технического задания производится расчёт, на основании которого выбираются исполнительный двигатель, силовой редуктор, измеритель рассогласования, составляются уравнения статики, определяется коэффициент усиления нескорректированной системы. Методика статического расчёта взята из учебного пособия “Расчет систем управления “ /3/.
1.1 Выбор двигателя и редуктора
Рассчитаем необходимую мощность электродвигателя:
, (1)где η – КПД редуктора из диапазона.
Величина КПД принимается равной η=0,85. Тогда, используя формулу (1), получим:
По справочным данным, помещённым в /3/ был выбран асинхронный двигатель серии АДП-563А, технические данные которого представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Данные асинхронного двигателя серии АДП-563А
| Мощность PДВ, Вт | 70,5 |
| Напряжение управления UУ, В | 220 |
| Частота вращения ΩНОМ, об/мин | 6000 |
| Вращающий момент МВР, Н∙м | 98∙10-3 |
| Пусковой момент МП, Н∙м | 118∙10-3 |
| Ток обмотки управления IУ, А | 0,75 |
| Электромеханическая постоянная времени ТМ, с | 0,04 |
| Статический момент трения, Н∙м | 4,3∙10-3 |
Для расчётов необходимо чтобы все величины были в одних единицах. С этой целью переведём ΩНОМ в систему СИ.
Коэффициент внутреннего демпфирования для выбранного двигателя составляет
Момент инерции двигателя определим по формуле
Чтобы учесть момент инерции редуктора, примем
Передаточное число редуктора находим из условия получения минимального среднеквадратического значения вращающего момента на валу двигателя
Проверим, выполняется ли при найденном передаточном числе условие
Подставив значения, получим:
.Поскольку выше означенное условие не выполняется, следует, что выбранный электродвигатель переменного тока не удовлетворяет предъявляемым требованиям.
Произведём замену двигателя, взяв двигатель с несколько большим значением мощности. По справочным данным, помещённым в /3/ выбирается двигатель постоянного тока серии СЛ-521, технические данные на который представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Данные двигателя постоянного тока серии СЛ-521
| Мощность PДВ, Вт | 77 |
| Напряжение UПИТ, В | 110 |
| Частота вращения ΩДВ, об/мин | 3000 |
| Вращающий момент, Нм | 0.24 |
| Пусковой момент, Нм | 0.65 |
| Момент инерции JДВ, 10 -4 кг·м2 | 1.67 |
| Ток якоря, А | 1.2 |
| Сопротивление обмотки якоря RЯ, Ом | 8.5 |
| Ток возбуждения, А | 0.13 |
| Сопротивление обмотки возбуждения RВ, Ом | 820 |
| Индуктивность обмотки якоря LЯ, Ом | 0.058 |
| Статический момент трения, Нм | 343.35*10-3 |
Момент инерции двигателя совместно с редуктором возьмем равным: