Динамический расчет системы автоматического управления

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

1. Задание

Выполнить динамический расчет системы автоматического управления. Исходные данные для расчета приведены в разделе 2.

2. Исходные данные

Система автоматического управления предназначена для линейного перемещения горизонтального стола применительно к станкам фрезерной или координатно-расточной групп.

САУ построена как система подчиненного регулирования, выполненная по контурам — контур напряжения (тока), скорости, положения. В контуре напряжения (тока) имеется нелинейный элемент (на схеме не показан).

На рисунках приняты следующие обозначения:

-управляющее воздействие;

— управляемая (регулируемая) координата;

— ошибка системы;

— сигнал задания по управляющему воздействию;

— сигнал главной обратной связи по регулируемой координате;

— сигнал по ошибке;

ЧЭ — чувствительный элемент;

РП — регулятор положения;

У, КЗ — усилитель и корректирующее звено в контуре положения;

РС — регулятор скорости;

РН — регулятор напряжения (вариант — тока);

ТП — транзисторный (тиристорный) преобразователь;

ИД — исполнительный двигатель;

Р1 — механический редуктор, силовой;

МП — механическая передача (шариковинтовая передача (ШВП));

Н — нагрузка (стол с деталью);

ДНУ- датчик напряжения, усилитель;

ТГ — тахогенератор;

Р2 — механический редуктор, приборный;

ДОС — датчик обратной связи;

ВТ — вращающийся трансформатор;

ПФН — преобразователь фаза-напряжение;

,, , — промежуточные координаты (управляющие напряжения соответственно РС, РН, ТП, ИД);

, , — промежуточные координаты, угол поворота соответственно ИД, ШВП, ВТ;

Таблица 2.1 Динамические характеристики:

, м/мин

, мм

, %

, с

Число

перерег.

n

6,8

0,8

18

0,07

0,09

Таблица 2.2. Параметры схемы:

Максимальное перемещение,

Хмах, мм

Шаг винта ШВП,

, мм

Цена

оборота

ДОС,, мм

Цена импульса,

, мм

250

6

1

0,001

Таблица 2.3. Данные исполнительного двигателя:

Р, кВт

, об/мин

, В

, А

, Ом

, мГн

, кг/м

1. 0

1000

110

9,1

0,85

1,34

0,6•10-3

Таблица 2.4. Тип и параметры преобразователя:

Тип

F, Гц

, В

, Ом

, мГн

УВ

50, n=1

5

0,2

1,3

Таблица 2.5. Вид регуляторов контуров: положения (РП), скорости (РС), напряжения (Р):

РП

РС

РН

П; К=2

П; К=4

ПИ, 0,04

3. Расчет передаточных функций звеньев системы

Найдем передаточную функцию шарико-винтовой передачи:

Найдем ПФ редуктора Р2:

Найдем суммарный фазовый сдвиг, соответствующий максимальному перемещению Хmax:

ПФ элемента сравнения с учетом того, что преобразование безынерционное, будет

Найдем ПФ преобразователя напряжения сигнала задания:

Величина напряжения, соответствующего величине контурной ошибки на выходе ЧЭ, будет:

ПФ вращающегося трансформатора:

Найдем ПФ преобразователя фаза-напряжение:

Найдем ПФ звеньев, формирующих сигнал обратной связи:

Найдем ПФ нормализатора сигнала ошибки:

3.1 Найдем П Ф чувствительного элемента:

3.2 Найдем П Ф регулятора положения:

3.3 ПФ последовательного корректирующего звена:

3.4 Найдем П Ф регулятора скорости:

3.5 Найдем П Ф регулятора напряжения:

3.6 Найдем П Ф тиристорного преобразователя:

3.7 Найдем П Ф исполнительного двигателя:

Найдем ПФ двигателя по возмущающему воздействию:

3.8 Найдем П Ф силового редуктора:

3.9 ПФ шарико-винтовой передачи определяется, как:

Найдем ПФ нормализатора обратной связи по напряжению:

3. 10 Найдем П Ф тахогенератора:

Найдем ПФ контура напряжения:

Найдем ПФ контура скорости:

4. Расчет передаточных функций САУ

4.1 ПФ разомкнутой САУ:

4.2 ПФ разомкнутой системы по возмущающему воздействию:

4.3 ПФ замкнутой САУ по управляющему воздействию:

4.4 ПФ замкнутой САУ по возмущающему воздействию:

4.5 ПФ замкнутой САУ по ошибке от управляющего воздействия:

4.6 ПФ замкнутой системы по ошибке от возмущающего воздействия:

5. Синтез корректирующих звеньв

5.1 Синтез контура напряжения:

Найдем добротность исходного контура:

< 40.

Выбираем добротность µ=50.

Тогда коэффициент усиления дополнительного усилителя

Определяем ПФ замкнутого контура напряжения:

Так как, то контур напряжения это апериодическое звено второго порядка, ПФ которого можно представить в виде:

Найдем сопрягающие частоты:

5.2 Синтез контура скорости:

Найдем добротность исходного контура:

Выбираем добротность µ=40

Тогда коэффициент усиления дополнительного усилителя

Так как, то исполнительный двигатель является апериодическим звеном второго порядка, т. е. :

Найдем сопрягающие частоты:

5.2.1 Определение П Ф корректирующего звена.

ЛАЧХ корректирующего звена определяется как:

.

В результате по полученной ЛАЧХ Lкз(щ) записываем ПФ корректирующего звена

Так как полученная передаточная функция не реализуется одним звеном, то разбиваем его на пять:

Коэффициенты передачи всех корректирующих звеньев равны единице и прямолинейный участок низкочастотной области каждой из них должен располагаться на горизонтальной оси, т. е. при 0 дБ. По полученным ЛАЧХ корректирующих звеньев записываются соответствующие им передаточные функции

;;

;

Выбор схемы корректирующих звеньев и определение значений входящих в нее элементов.

;

Постоянная времени знаменателя больше постоянной времени числителя. Выбираем схему электрическую принципиальную корректирующего звена (КЗ), описываемой такой передаточной функцией [2]. Схема К З приведена на рис. 7.

.

Элементы схемы и параметры передаточной функции звена определяются следующими соотношениями

;;.

Числовые значения коэффициента передачи и постоянных времени звена должны быть:

,, .

Задаемся значением входного сопротивления цепочки 10 кОм, которое выбирается в диапазоне 5−10 кОм, что соответствует входным и выходным сопротивлениям нагрузки, применяемых в электроприводах усилителей и преобразователей. ,

Определяем значение сопротивления:

.

Определяем числовое значение емкости конденсатора, мкФ:

В результате расчетов значения элементов корректирующей цепочки будут:

, ,

Выбор остальных КЗ проводим аналогично.

Выбираем схему электрическую принципиальную корректирующего звена (КЗ), описываемой такой передаточной функцией [2]. Схема К З приведена на рис. 8.

.

;.

,, .

.

В результате расчетов значения элементов корректирующей цепочки будут:

, ,

.

Выбираем схему электрическую принципиальную корректирующего звена (КЗ), описываемой такой передаточной функцией [2]. Схема К З приведена на рис. 9.

.

;;.

,, .

,

.

В результате расчетов значения элементов корректирующей цепочки будут:

,, .

Определяем коэффициент передачи корректирующего звена

,

5.3 Синтез контура положения.

Определим передаточную функцию замкнутого скорректированного контура скорости:

где:

— передаточная функция разомкнутого скорректированного контура скорости.

где:

тогда

, где:

.

Определим передаточную функцию исходного контура положения:

, где:

.

Определяем коэффициент усиления дополнительного усилителя:

Так как а3 < < а2 то им можно пренебречь и передаточную функцию исходного контура положения примет вид:

Так как

Следовательно контур положения является колебательным звеном, тогда:

;; 20lgµ=20lg166,7=44,4

Построение желаемой ЛАЧХ

Перерегулирование < 30%.

Выбираем частоту среза:

5.3.1 Определение П Ф корректирующего звена.

ЛАЧХ корректирующего звена определяется как:

.

В результате по полученной ЛАЧХ Lкз(щ) записываем ПФ корректирующего звена

Так как полученная передаточная функция не реализуется одним звеном, то разбиваем его на несколько:

Коэффициенты передачи всех корректирующих звеньев равны единице и прямолинейный участок низкочастотной области каждой из них должен располагаться на горизонтальной оси, т. е. при 0 дБ. По полученным ЛАЧХ корректирующих звеньев записываются соответствующие им передаточные функции

;

;

.

Выбор схемы корректирующих звеньев и определение значений входящих в нее элементов.

Выбираем схему электрическую принципиальную корректирующего звена (КЗ), описываемой такой передаточной функцией [2]. Схема К З приведена на рис. 10.

.

;;.

,, .

,

В результате расчетов значения элементов корректирующей цепочки будут:

,, .

передача редуктор автоматический управление

Определяем коэффициент передачи корректирующего звена

,

Так как второе корректирующее звено идентично первому то его расчет производить не будем.

Выбираем схему электрическую принципиальную корректирующего звена (КЗ), описываемой такой передаточной функцией [2]. Схема К З приведена на рис. 11.

.

;;.

,, .

,

В результате расчетов значения элементов корректирующей цепочки будут:

,, .

Определяем коэффициент передачи корректирующего звена

,

Список использованной литературы

1. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Синтез систем автоматического регулирования. — М.: Наука, 1972. — 326 с.

2. Проектирование инвариантных следящих приводов / В. Н Яворский, А. А. Бессонов, А. И. Коротаев и др.; Под ред. В. Н. Яворского. — М.: Высш. шк., 1963. — 420 с.

3. Следящие приводы / Е. С. Блейз, Ю. А. Данилов, В. Ф. Казмиренко и др.; Под ред. Б. К. Чемоданова: В 2 кн.- М.: Энергия, 1976.

4. Автоматизированное проектирование следящих приводов и их элементов / В. Ф. Казмиренко, М. В. Баранов, Ю. В. Илюхин и др.; Под ред. В. Ф. Казмиренко. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 240 с.

5. Автоматизированное проектирование систем автоматического управления / Я. Я. Алексанкин, А. Э. Боржовский, В. А. Жданов и др.; Под ред. В. В. Солодовникова. — М.: Машиностроение, 1989. — 244 c.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой