Динамический расчет системы автоматического управления

1. Задание

Выполнить динамический расчет системы автоматического управления. Исходные данные для расчета приведены в разделе 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, %, сЧисло перерег. n6,80,8180,070,09

Таблица 2.2. Параметры схемы:

Максимальное перемещение, Хмах , ммШаг винта ШВП, g, ммЦена оборота ДОС, b, ммЦена импульса, D, мм250610,001

Таблица 2.3. Данные исполнительного двигателя:

Р, кВт, об/мин, В, А, Ом, мГн, кг/м1.010001109,10,851,340,6?10-3

Таблица 2.4. Тип и параметры преобразователя:

Тип F, Гц , В, Ом, мГнУВ50, n=150,21,3Таблица 2.5. Вид регуляторов контуров: положения (РП), скорости (РС), напряжения (Р):

РПРСРНП; К=2 П; К=4ПИ, 0,04

. 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 ПФ чувствительного элемента:



3.2 Найдем ПФ регулятора положения:



3.3 ПФ последовательного корректирующего звена:



3.4 Найдем ПФ регулятора скорости:



3.5 Найдем ПФ регулятора напряжения:


3.6 Найдем ПФ тиристорного преобразователя:



3.7 Найдем ПФ исполнительного двигателя:



Найдем ПФ двигателя по возмущающему воздействию:


3.8 Найдем ПФ силового редуктора:



3.9 ПФ шарико-винтовой передачи определяется, как:



Найдем ПФ нормализатора обратной связи по напряжению:



3.10 Найдем ПФ тахогенератора:



Найдем ПФ контура напряжения:



Найдем ПФ контура скорости:



. Расчет передаточных функций САУ

.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

.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:



.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 ПФ корректирующего звена.

ЛАЧХ корректирующего звена определяется как:


.


В результате по полученной ЛАЧХ Lкз(?) 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 КЗ 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 КЗ 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 КЗ приведена на рис. 9.



.

; ; .

, , .

,

.


В результате расчетов значения элементов корректирующей цепочки будут:


, , .


Определяем коэффициент передачи корректирующего звена


,


.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 s < 30%.

Выбираем частоту среза:



5.3.1 Определение ПФ корректирующего звена.

ЛАЧХ корректирующего звена определяется как:


.


В результате по полученной ЛАЧХ Lкз(?) 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 КЗ 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 КЗ 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.

. 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.

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

. 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.

. 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.


Теги: Динамический расчет системы автоматического управления  Курсовая работа (теория)  Физика
Просмотров: 3976
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Динамический расчет системы автоматического управления
Назад