Исследование системи програмного регулювання швидкості обертання робочого органу шпинделя
Теорія автоматичного управління сформувалася на самостійну науку, насамперед з урахуванням вивчення процесів управління технічними пристроями. Вивчення принципів побудови і дослідження систем автоматичного управління у курсі ОТУ проводиться з урахуванням розгляду управління різними технічними пристроями, і перше поняття, яке конкретизує досить широке полі діяльності цього курсу є автоматичне… Читати ще >
Исследование системи програмного регулювання швидкості обертання робочого органу шпинделя (реферат, курсова, диплом, контрольна)
ІНСТИТУТ ІНТЕГРАЦІЇ МІЖНАРОДНИХ ОСВІТНІХ ПРОГРАММ.
КГНУ.
Кыргызско-Американский Факультет Компьютерных.
Технологій і ІНТЕРНЕТ (КАФ-ИНТЕРНЕТ).
Курсова работа.
По курсу: «Основи теорії управління «.
Тема: «Дослідження системи програмного регулювання швидкості обертання робочого органу шпинделя «.
Выполнил: студент грн. КИС-3−97.
Краснов И.С.
Проверил: преподаватель Алишеров З. А.
Бішкек — 1999.
ВВЕДЕНИЕ
2.
Вихідні дані 3.
1.Структурная схема системи. 5.
2. Визначення коефіцієнта посилення електронного підсилювача по заданої точності. 7.
3. Визначення стійкості системи методом Михайлова Г. Б. 9.
4. Корекція системи. 10.
4.1. Побудова ЛАЧХ коригувального устрою 10.
4.1.1. ЛАЧХ розімкнутої нескоректированной системи Lнс (w). 10.
4.1.2. ЛАЧХ бажаної системи Lж (w). 11.
4.1.3. ЛАЧХ коригувального устрою Lк (w). 12 4.2. Технічна реалізація коригувального устрою. 13.
I-Звено: 13.
II-Звено: 14.
III-Звено: 14.
IV-Операционный підсилювач: 15 4.3. Перевірка правильності вибору коригувальних ланок. 16.
5. Побудова перехідного процесу визначення прямих показників якості. 17.
ВИСНОВОК 18.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 19.
Курс теорії автоматичного управління ставить за мету ознайомити з загальними принципами побудови систем автоматичного управління, з процесами у тих системах і методами дослідження. Принципи побудови систем автоматичного управління пов’язані зі спільними законами управління, значення яких виходить далеко межі технічних задач.
Теорія автоматичного управління сформувалася на самостійну науку, насамперед з урахуванням вивчення процесів управління технічними пристроями. Вивчення принципів побудови і дослідження систем автоматичного управління у курсі ОТУ проводиться з урахуванням розгляду управління різними технічними пристроями, і перше поняття, яке конкретизує досить широке полі діяльності цього курсу є автоматичне регулювання. Під автоматичним регулюванням розуміють підтримку певному чи зміна по закону деяких змінних характеристик (регульованих величин) в машинах і агрегатах й без участі людини з допомогою різноманітних технічних средств.
Аналізовані принципи управління мають ширший загальний зміст і можна буде застосувати щодо процесів управління у зовсім інших системах, наприклад, в біологічних, економічних, соціальних і др.
Вихідні данные.
Задана система програмного регулювання швидкості обертання робочого органу шпинделя.
Рис. 1.
На мал.1 використані такі позначення: V ВВ ЭМУ — обмотка порушення ЭМУ. V ЭМУ — електромагнітний підсилювач. V Д — двигун постійного струму V ОВС — обмотка порушення двигуна. V Р — редуктор. V ТГ — тахогенератор. V У — електронний підсилювач. V E — помилка неузгодженості. V V — швидкість зміни напруги. V М — момент інерції шпинделя.
Система регулювання працює так: з електронного підсилювача У посилений сигнал неузгодженості Є надходить на обмотку порушення ЭМУ (ВВ ЭМУ), струм, проходить через ВВ ЭМУ змінюється, змінюючи цим величину магнітного потоку, чинного на ротор електромагнітного підсилювача (ЭМУ) — збільшуючи чи зменшуючи його обертання, і залежно від цих коштів змін змінюється швидкість і напрям обертання двигуна (Д). Двигун (Д), редуктор (Р), тахогенератор (ТГ) і вал перебувають у жорсткої механічної зв’язку, тому зміни у швидкості й у напрямі обертання двигуна викликають відповідні зміни до швидкості й у напрямі обертання робочого органу шпинделя, соціальній та роботі тахогенератора (ТГ), який пересуває повзунок реостату убік зміни помилки неузгодженості E.
Требуется:
1. Скласти структурну схему і вивести рівняння, якими описуються окремі елементи і весь система регулювання загалом. Визначити коефіцієнт посилення підсилювача з заданої точності. 2. Визначити стійкість і якість перехідних процесів у системі з допомогою частотних методів. 3. Скоригувати систему. 4. Побудувати перехідний процес у системи та оцінити його качество.
Дано:
|Тэ1 |Тэ2 |Т.ін |Кэму |Кб |Кред |Ктг |E,% |V | |0,1 |0, 7 |2,5 |4 |3 |2 |0,1 |0,4 |0,5 |.
1.Структурная схема системы.
З принципової схеми (рис. 1) складемо структурну схему (рис. 2) і розглянемо її елементи щоб одержати передавальної функції всієї системы.
Рис. 2.
1.1 Усилитель.
[pic].
(1).
де Ky — коефіцієнт посилення електронного усилителя.
1.2 ЭМУ.
[pic] (2).
де Кэмукоефіцієнт передачі ЭМУ;
Тэ1,Тэ2 — стала часу ЭМУ.
1.3 Двигатель.
[pic].
(3).
де Кдвкоефіцієнт передачі двигуна постійного тока.
Тдв — стала часу двигателя.
1.4 Редуктор
[pic].
(4).
де Кред — коефіцієнт передачі редуктора.
1.5 Тахогенератор
[pic].
(5).
де Ктг — коефіцієнт передачі тахогенератора.
Користуючись (рис. 2) і формулами (1−5) складемо передатну функцію розімкнутої системи [pic].
(6).
Підставивши вихідні значення, получим.
[pic].
(7).
2. Визначення коефіцієнта посилення електронного підсилювача по заданої точности.
Встановлена помилка замкнутої САУ складається з цих двох составляющих:
[pic].
(8) де [pic]-ошибка від задає впливу, [pic]-ошибка від обурення f (t).
Передатна функція замкнутої системи з помилці матиме вид:
[pic].
пусть f (t)[pic]0, тоді [pic].
(9).
Для будь-якого впливу помилку можна знайти з допомогою коефіцієнтів помилок, когда.
[pic].
(10).
З 9 і десяти отримуємо: [pic].
(11).
С1,С2,С3,…-коэффициенты помилок, які можна знайти за такими выражениям:
[pic].
[pic].
Оскільки маємо статичну систему, то.
[pic].
(12).
За умовою [pic], тогда.
[pic].
Підставимо отримане значення в (7):
[pic].
Тоді передатна функція замкнутої системи будет:
[pic] (13).
3. Визначення стійкості системи методом Михайлова А.Б.
Характеристичний рівняння системи має вид:
[pic] де [pic] [pic] (14).
Замінивши в (14) комплексну зміну р мнимої перемінної jw, одержимо функцію мнимого змінного jw, у якому w може приймати будь-яке значення від + [pic] до — [pic]: [pic] [pic] (15).
Оскільки [pic], а [pic], то парні ступеня jw речовинні, а непарні линейны [pic].
Розділивши речовинну частку мнимої одержимо: [pic], де [pic] -речовинна частина функції А (jw) [pic] -мнима частина функції А (jw).
Критерій Михайлова можна сформулювати як умови перемежаемости коренів, тобто. якщо W0, W2,W4 — впорядковані коріння мнимої складової А (jw), а W1 і W2 — впорядковані коріння речовинної складової А (jw), то тут для стійкості системи необхідне й досить виконання неравенства:
[pic].
(16).
Коріння [pic] W0=-4.342; W2=0; W4=4.342.
Коріння [pic] W1=-10.989; W3=10.989.
Підставивши [pic] в (16): [pic].
Бачимо, що нерівність неправильно, отже умовні стійкості не виконується. Звідси випливає, що систему нестійка і давно потребує коррекции.
4. Корекція системы.
Вибираємо послідовну корекцію. Корекція системи складається з кількох этапов:
1. Побудова ЛАЧХ коригувального устрою. 2. Технічна реалізація коригувального устрою 3. Перевірка правильності вибору коригувальних звеньев.
4.1. Побудова ЛАЧХ коригувального устройства.
Щоб побудувати ЛАЧХ коригувального устрою необходимо:
1. Побудувати ЛАЧХ розімкнутої нескоректированной системи Lнс (w).
2. Побудувати ЛАЧХ бажаної системи Lж (w).
3. Шляхом графічного вирахування Lж-Lнс отримати ЛАЧХ коригувального устрою Lк (w).
4.1.1. ЛАЧХ розімкнутої нескоректированной системи Lнс (w).
ЛАЧХ розімкнутої нескоректированной системи матиме вид:
Lнс (w)=20 lg /[pic]/.
Для побудови Lнс знайдемо опорні частоты:
[pic].
[pic].
[pic].
20lgK = 20lg249=48 дб.
4.1.2. ЛАЧХ бажаної системи Lж (w).
ЛАЧХ бажаної системи побудуємо методом Солодовникова.
Нехай величина перерегулирования перехідного процесу равна.
G=25%, а час регулювання системи має менше постійної часу двигуна, що він встигав обробляти котра управляє вплив, т. е.
[pic].
По номограммам Солодовникова (рис.3) визначимо tp, запас по фазе.
[pic] і запас за амплітудою Lзап :
[pic].
[pic].
[pic].
[pic].
Частота зрізу ЛАЧХ перебуває з условия:
[pic].
ЛАЧХ бажаної системи розбивається втричі ділянки: V Низькочастотний ділянку будуватися з нахилом -20Vдбдек, де V — порядок астатизма системи. Т.к. цієї системи V=0, то нахил буде — 0 дбдек.
V Среднечастотный ділянку будується з нахилом — 20дбдек до перетину з лініями [pic] з певним запасом.
V Високочастотний ділянку будується з розрахунку найменшої різниці з Lнс (w).
Побудова ЛАЧХ бажаної системи починають зі среднечастотного участка.
Побудова ЛАЧХ показано на рис 4.
По ЛАЧХ Lж (w) можна знайти передатну функцію бажаної системы:
[pic].
[pic].
[pic].
[pic].
4.1.3. ЛАЧХ коригувального устрою Lк (w).
З формул передатна функція коригувального устрою матиме вид:
[pic].
де [pic].
Для перевірки запасів за фазою і амплітудою необхідно построить.
ЛФЧХ бажаної системи (рис.4).
[pic].
|[pic] |[pic] | |1.1 |-24.8 | |2.5 |-47.3 | |10 |-85.1 | |130 |-181.1 |.
При частоті, де [pic] перетинає [pic]запас за амплітудою системи дорівнює Lзап =16.5 дб, тобто. запас по амплітудою дотримується проти заданим (16 дб).
Запас за фазою перебуває як відстань між точками [pic] і [pic] на частоті зрізу Wс=20. Отримано значення [pic], тобто. запас за фазою також дотримується проти заданим ([pic]).
4.2. Технічна реалізація коригувального устройства.
Наступним етапом корекції системи є реалізація коригувального устрою, яке є набір четырех-полюсников.
Уявімо передатну функцію коригувального пристрої у формі набору звеньев:
I-Звено:
Виберемо RC-цепочку, подану на рис. 5 своєї принципової схемою і логарифмічною амплитудно-частотной характеристикой.
Рис. 5.
II-Звено:
Виберемо RC-цепочку, подану на рис. 6 своєї принципової схемою і логарифмічною амплитудно-частотной характеристикой.
Рис. 6.
III-Звено:
Виберемо RC-цепочку, подану на рис. 7 своєї принципової схемою і логарифмічною амплитудно-частотной характеристикой.
Рис. 7.
Т.а. коефіцієнт посилення коригувального ланки будет:
[pic].
необхідно провести операційний підсилювач, щоб отримати Кк=0,014.
IV-Операционный усилитель:
Принципова схема операційного підсилювача та її коротка форма уявлення показано на рис. 8. Визначимо його параметры:
Рис. 8.
Після цього схема коригувального устрою матиме вид:
Рис. 9.
4.3. Перевірка правильності вибору коригувальних звеньев.
Перевірка правильності вибору коригувальних ланок складається з трьох этапов:
V Побудувати ЛАЧХи всіх коригувальних ланок. V Побудувати результуючу ЛАЧХ Lрез (w). V Порівняти Lрез з ЛАЧХ коригувального устрою Lк (w).
[pic].
З рис. 10 можна дійти невтішного висновку, що коригувальні ланки обрані правильно.
5. Побудова перехідного процесу визначення прямих показників качества.
Перехолным процесом називається реакція системи на подачу до входу одиничного стрибка 1(t):
Побудуємо перехідний процес з допомогою комп’ютерної програми розвитку й визначимо прямі показники якості (рис. 11).
До прямим показниками якості относятся:
1. Час регулирования:
при [pic].
Визначається точкою останнього влучення графіка h (t) в п’ятивідсоткову зону G=0,05. Поставлено tp=0,4, а отримано за графіком (рис. 11) tp=0,35.
2. Відносне перерегулирование.
[pic].
Визначається величиною викиду hmax щодо Lуст.
Поставлено G=25%, а отримано G=0%.
3. Максимальне перегулирование: Lmax=1.
4. Час наступу Lmax: tmax=0.2.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Мною розглянута система програмного регулювання робочим органом шпинделя.
Я побудував і описав систему, відповідальну всім якісним вимогам варіанта № 7.Были отримані певні значення й показники, що характеризують цю систему.
Зокрема: o для заданої точності знайшли коефіцієнт посилення всієї системи. o по структурної схемою отримали передатна функція розімкнутої системи [pic], а, по останньої - передатна функція замкнутої системы.
Ф (Р). o систему було перевірено на стійкість частотним методом Михайлова, й у згодом неї вибрали послідовне коригувальне пристрій o системі побудували перехідною процес, яким я визначив прямі показники якості системы.
Робота містить досить інформативні графіки і малюнки, які що з текстовим поясненням і формулами допомагають легко розібратися у сутності даного исследования.
1. Методичні вказівки по курсової работе.
2. Воронов А. А. «Основа і теорія автоматичного управління» Частина 1,.
Москва 1965 г.
3. Теорія автоматичного управління під редакцією А. В. Петушила, Часть.
1, Москва 1968 г.
———————————- [pic] EMBED Equation.3 [pic].
L, дб.
[pic].
[pic].
[pic].
1/T3 1/T4.
w.
20lg k.
R3.
R4.
Ку.
[pic].
U.
R1.
[pic].
20дб/дек.
L, дб.
w.
1/T5 1/T6.
C.
[pic].
[pic].
20дб/дек.
[pic].
L, дб.
20lg k.
20lg k.
R5.
R6.
C.
w.
1/T1 1/T2.
20дб/дек.
КГНУУ.
ІНСТИТУТ ІНТЕГРАЦІЇ МІЖНАРОДНИХ ОСВІТНІХ ПРОГРАММ.
R2.
C.
[pic].
R7.
R8.
ОУ.
R3.
R4.
C.
R1.
R2.
C.
R5.
R6.
C.