Проектування схеми автоматичного ПІД-регулятора - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Специфіка розробки структурної, функціональної і принципової схеми автоматичного ПІД-регулятора за допомогою сучасних пакетів (OrCAD9.2). Блоки інтегральної та диференціальної складових і їх розрахунок. Схема суматора складових закону керування.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Сучасний фахівець може успішно вирішувати важливі задачі науково-технічного прогресу і керуванням виробництва тільки тоді, коли отримані їм знання зуміє творчо застосувати у своїй практичній діяльності. Важливим етапом закріплення отриманих знань, показником уміння використовувати їх на практиці є робота над курсовим проектом.
Основна мета, переслідувана при виконанні курсового проекту, полягає у закріпленні, розширенні й узагальненні теоретичних знань, отриманих при вивченні теоретичної частини курсу.
Автоматичні регулятори (АР) реалізують типові алгоритми регулювання: пропорційний (П), пропорційно-інтегральний (ПІ), пропорційно-диференціальний (ПД), інтегрально-диференціальний (ПІД), обумовлені функціональною залежністю вихідного і вхідного сигналів автоматичного регулятора (АР). Перераховані типи АР складають основну групу регуляторів, використовуваних у різних галузях промисловості і сільського господарства.
Незважаючи на широке застосування ЕОМ і мікропроцесорних засобів, що реалізують програмний принцип контролю і керування, АР є широко розповсюдженими засобами автоматизації. Основною областю застосування АР є локальні й автономні системи контролю й автоматизації.
Нехай є сигнали вплив, що задає, g, керована величина y з відповідними максимальними значеннями g max і y min . Тоді математична модель має вид:
де x max - максимальний сигнал помилки;
Up - сигнал на виході ПИД-регулятора;
k - коефіцієнт підсилення пропорційної ланки;
T Д - постійна часу диференціювання ;
U+,U- - верхня і нижня границя обмеження вихідного сигналу.
Значення цих величин задані в завданні.
2. Розробка структурної схеми ПІД-регулятора
Як основа для розробки структурної схеми ПІД-регулювальника, що проектується приймемо структуру, представлену на рисунок 1. Покажемо, як від заданої структури перейти до структурної схеми регулювальника, що розробляється з урахуванням сформульованого вище завдання на проектування.
Малюнок 1 - Загальна структурна схема промислових регулювальників
де: 1 перетворювач вхідної величини ;
3 функціональний зворотний зв'язок;
4 виконавчий механізм, сигнал , з виходу якого управляють об'єктом управління (ВМ може бути включений як в склад АР, так і складати окремий блок системи управління);
5 пристрій порівняння вихідної величини і регульованої величини , що виробляє сигнал помилки ;
Блок I - перетворювач вхідної величини g (малюнок 1б) служить для узгодження форм представлення сигналів задаючого впливу g і вихідної величини y. Таким чином, якщо сигнали g і y представлені в різній формі (наприклад, струм-код, код-напруга і т.д.), то структурна схема ПІД-регулювальника, що проектується, повинна містити блок перетворення вхідної величини. Для запропонованого варіанту, сигнали g і y задані у вигляді коду, тому у структурної схемі необхідно використати блок який буде запам'ятовувати вхідні величини та перетворювати їх у напругу.
Блок 5 в структурній схемі на рисунок 1б виконує роль сумуючого (що порівнює) пристрою і служить для формування сигналу розугодження (помилки) x відповідно до виразу (1.1). Отже, блок порівняння є функціонально необхідним блоком ПІД-регулювальника і обов'язково повинен входити в його структурну схему.
Паралельно включені блоки в структурі на рисунок 3.2 б використовуються для формування закону регулювання у відповідності з (1.2). Таким чином, структурна схема регулювальника, що проектується, повинна містити три паралельні гілки блоків , що реалізовують кожна відповідно пропорційну, інтегральну і диференціальну складові закону регулювання. Ці складові ПІД-закону регулювання представляються відповідно першим, другим і третім членом в круглих дужках в (1.2). Отже, в структурну схему ПІД-регулювальника, що проектується, увійдуть три паралельно включених блоки, що реалізовують коефіцієнт посилення , інтегральну і диференціальну складові закону регулювання.
Функціонально необхідним блоком структурної схеми ПІД-регулювальника, що проектується, є також суматор (малюнок 1б).
Обмеження вихідного сигналу ПІД-регулювальника забезпечується включенням до його складу обмежувача, що реалізовує (1.3).
Остаточний вигляд структурної схеми ПІД-регулювальника, відповідної завданню на проектування, представлений на аркуші 1 графічної частини.
Відповідно варіанту вхідні величини g(t), y(t), k ,Ti ,Tд, задані кодом тому необхідно перетворити їх у напругу. Тому до функціональної схеми необхідно вмикнути функціональний блок зображений на рисунок 2, який складається з пристрою пам'яті та ЦАП.
Рисунок 2 - Блок перетворення код-напруга.
3.2 Пристрій порівняння вхідної величини і регульованої величини
Задачею пристрою порівняння вхідної величини g і регульованої величини y є формування сигналу помилки x у відповідності з (1.1). Отже, функціонально даний пристрій порівняння проводить алгебраїчне складання сигналів g і y . На рисунок 3 зображена функціональна реалізація пристрою порівняння
Рисунок 3 - Пристрій порівняння вхідної величини g і регульованої величини y.
3.3 Блок реалізації пропорційної складової закону регулювання
Блок постійної складової закону регулювання математично описується наступним вираженням:
- вихідна напруга блоку реалізації постійної складової закону регулювання.
Аналіз (3.1) показує, що блок, що розглядається, проводить посилення (масштабування) напруги в K раз. Тому він функціонально може бути реалізований у вигляді масштабного підсилювача, як показано на рисунок 4.
Малюнок 4 - Функціональна схема блоку реалізації постійної складової закону регулювання
3.4 Блок реалізації інтегральної складової закону регулювання
Блок реалізації інтегральної складової закону регулювання математично може бути описаний наступним вираженням:
Для зручності апаратурної реалізації плавного регулювання постійної часу інтегрування представимо вираження (3.4) в наступному вигляді
При цьому змінною величиною буде , а величина - постійною, тобто зміна постійної часу інтегрування досягається зміною величини .
Функціональна схема блоку реалізації інтегральної складової закону регулювання, відповідною (3.4), представлена на рисунок 5.
Рисунок 5- Функціональна схема блоку реалізації інтегральної складової закону регулювання
3.5 Блок реалізації диференціючої складової закону регулювання
Математична модель блоку реалізації диференціючої складової закону регулювання згідно з останнім доданком в дужках в рівнянні (1.2) представляється в операторній формі таким чином:
Зазначимо, що апаратурна реалізація вираження вигляду (3.5), що включає операції диференціювання, на практиці тяжко здійсненна через складність фільтрації вищих гармонік. Тому при створенні диференціаторів використовують зворотне диференціюванню перетворення інтегрування.
Синтезуємо функціональну схему перетворювача, що реалізовує (3.5) і що використовує в своєму складі інтегратор. При цьому, як і у підрозділі 3.3(інтегратор), для здійснення плавного регулювання постійних часу і будемо використати підсилювачі зі змінним коефіцієнтом посилення.
Тоді, використовуючи прийняті раніше позначення, можна записати наступне:
Вирішуючи останнє рівняння, отримаємо
де, якщо порівнювати (3.8) і (3.9), легко бачити
Таким чином, перетворення, еквівалентне (3.5), можна здійснити, використовуючи блок, що математично описується (3.6), але що має в своєму складі інтегратор. Його функціональна схема представлена на малюнку 3.9. Регулювання постійних часу і здійснюється за рахунок зміни коефіцієнтів посилення і .
Рисунок 6 - Функціональна схема блоку що реалізує диференційовану складову закону регулювання
Суматор, що здійснює підсумовування пропорційної, інтегральної і диференційованої складових згідно (1.2), функціонально може бути представлений, як зображено на рисунок 3.7
Рисунок 3.7 - Функціональна схема суматора
Обмежувач, що вводиться в схему автоматичного регулювальника, забезпечує лінійність вихідного напруження і математично описується (1.3).
Отже, схема обмежувача повинна забезпечувати завжди рівність , якщо не перевищує (по модулю) граничних значень, а в іншому випадку напруження , повинно приймати (в залежності від знаку ) значення обмеження.
Функціональна схема, що забезпечує формування напруження по приведеному вище алгоритму, може бути реалізована, як представлено на рисунок 8.
Рисунок 8 - Функціональна схема обмежувача
Робота схеми на рисунок 8 зводиться до наступного. Джерела напруження і виробляють відповідно напруження обмежень і . Напруження (сформульоване згідно (1.2)) через ключ поступає на один з входів суматора . Якщо напруження менше по модулю, ніж напруження обмежень, то ключ відкритий, а на виході суматора формується напруження . При перевищенні напруженням заданого порога обмежень спрацьовує один з компараторів (= =), що приводить, з одного боку, до замкнення ключа (тобто напруження не проходить на вхід суматора ., а з іншого - передачі на вхід суматора . відповідного обмеження.
Необхідно зазначити, що схема на рисунок 3.11 є лише одним можливих варіантів. Тому раціональною буде розробка інших схемних рішень, що реалізовують обмежувач.
З урахуванням приведених в цьому розділі рекомендацій по побудові функціональної схеми автоматичного ПІД-регулювальника побудуємо відповідну схему Вона приведена на аркуші 2 графічної частини.
4. Розробка принципової схеми і розрахунок основних елементів
Розробка в цьому розділі служить подальшим рівнем деталізації схеми. Вона дозволяє довести окремі блоки структурної схеми до функціонально закінчених вузлів, що виконують конкретні операції. Оберемо операційний підсилювач AD648A, за допомогою якого був змодельований ПІД-регулятор у програмному пакеті OrCAD 9.2(схеми приведені у додатку).
Регульовані величини y та g задані кодом, які необхідно перетворити в еквівалентну напругу (див. Рисунок 2). Таке перетворення здійснює цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) у парі з регістром.
Аналізуючи існуючі ЦАП і зіставляючи їх інші характеристики з даними завдання, виберемо мікросхему К572ПА1. Оберемо регістр К155ИР13 - універсальний восьмирозрядний, синхронний регістр здвигу.
Для согласування регістра та довгої лінії необхідно до його входів пару резисторів як показано на аркуші 3 графічної частини. Номінали резисторів повинні бути декілька сотень Ом. Тому R 1 ...R 80 = 300 Ом.
Для узгодження регістра та ЦАП необхідно до кожного входу ЦАП подати +Uп через резистор номіналом 2...10кОм. Тому R 81 …R 120 = 5кОм.
Для того щоб забезпечити коректну роботу регістрів та уникнути попадання однієї інформації на входи декількох регістрів введемо до принципіальної схеми дев'яти розрядний дешифратор(К155ИД4), виходи якого з'єднаємо зі стробуючими входами регістрів.
Важливо відзначити що усі аналогові та дискретні елементи необхідно розв'язати по живленню. Це виконується таким чином: до виводів живлення кожного елементу вмикається конденсатор який з'єднає вивід з відповідною землею. Ємність конденсатора 1uF.
Схема що порівнює, та виробляє сигнал помилки, представлена на мал.9
Робота схеми обумовлена властивістю ОП зрівнювати вхідні напруги U 1 і U 2 . При цьому якщо R 1 =R 2 =R 3 =R 4 тоді
Виберемо R 121 =R 122 =R 123 =R 124 =10 kОм.
4.3 Блок пропорційної складової і його розрахунок
Тому що К змінюється цифровим способом, то необхідна наявність ЦАП та регістра . У цьому випадку схема буде такий як представленої на мал. 10. При цьому сигнал U X подається на вхід U ОП ЦАП. На виході ОП буде напруга, еквівалентне коду К.
Попереднє посилення сигналу в 5,94 разів виробляється підсилювачем, що інвертує. Значення опорі резисторів вибираються зі співвідношень:
Задамо значення R1=2k, тоді R2=-К*R1=11*2=22=22kОм
Рисунок 10 - Блок пропорційної складової.
Діоди VD1 і VD2 захищають виходи 1 і 2 від улучення негативної напруги. У якості їх можна вибрати діоди типу КД514А(VD1…VD10 - КД514А).
4.4 Блок інтегральної складової і його розрахунок
З огляду на прийняту в розділі 3 структуру блоку, що реалізує інтегральну складову, необхідно вибрати T 1 і К 1 . Регулювання К 1 , відповідно завдання виробляється цифровим засобом схемою аналогічної приведеної на рисунку 10. Мені необхідно використовувати інтегратор з мінімізованою ємністю (Рисунок 11), тому що звичайний інтегратор на базі ОП не дає необхідної постійної часу. Постійна часу для такої схеми визначається з такого співвідношення:
Для отримання сталої часу інтегрування 37с необхідно зібрати схему зображену на рисунку 11 з елементами таких номіналів: R=15k, C=10uF, R 1 =1k
Регулювання часу інтегрування здійснюємо за допомогою ЦАП та ОП. Визначимо максимальний коефіцієнти підсилення для зміни Ті. (змінена цього коефіцієнту до мінімуму буде виконуватися при змінні кодового сигналу на входах ЦАП):
Розрахуємо номінали опорів при К1 max (змінена коефіцієнту К1 до мінімуму буде виконуватися при змінні кодового сигналу на входах ЦАП). Нехай R145=1kОм, тоді R144= К1 max R145=137*1k=137k.
Експериментальні графіки вихідного сигналу приведені додатку
4.5 Блок диференціальної складової і його розрахунок
У блоці, що диференціює, постійні часу ТФ і ТД регулюються відповідно аналоговим і цифровим способом. Розрахуємо значення К 2 та К 3 (нехай R=100k,C=7uF):
К 2 буде змінюватися при змінні кодового сигналу. Реалізація цього блоку буде виконуватися за принципом змінни коефіцієнта посилення що виконан у розділі 4.4(рисунок 10). За тією ж методикою ОП DA15 повинен виконувати максимальне посилення сигналу а його зміна буде відбуватися за допомогою зміни коефіцієнта посилення ЦАП(К ЦАП =0...1)
Розрахуємо значення резисторів R134 та R135. Нехай R135 = 1kОм, тоді
К 3 змінюється аналогове. Реалізація цього блоку зображена на рисунку 12. Цю ланку розраховують таким чином. Відношення резисторів R3 та R1 (при R2=0) визначаює К min , а відношення (R2+R3) до R1 дає К max . Нехай R1 =2kОм, тоді
Рисунок 12- Схема блоку що змінює К3
Сумматор у цьому блоці має вид аналогічний рисунку 9. Резистори будуть мати ті ж значення(R136=R137=R138=R139=10k).
Застосована схема диференціатора не інвертує вхідний сигнал, тому необхідно поставити на виході блоку інвертор з (DA21: R149=R150=10k).
Експериментальні графіки вихідного сигналу приведені у додатку.
Схема суматора складових закону керування представлена на мал.19.
Рисунок 13 - Схема суматора складових
Обмежувач будемо реалізовувати таким чином. У коло зворотного зв'язку суматора ввімкнемо два стабілітрона .
У завданні задані параметри обмеження |U - | = 2,5В ± 10%. Тому обираємо два однакових стабілітрона 2С133А(U cт =3.3В).
Принципова схема ПІД-регулятора зображена на аркуші 4 графічної частини.
У ході виконання даного курсового проекту результат роботи представлений у вигляді розрахункової і графічної частин. Розрахункова частина зроблені на ЕОМ. Графічна частина виконана в програмному пакеті АutoCAD.
Виходячи з завдання на курсовий проект і математичної моделі автоматичного ПІД-регулятора були розроблені структурна, функціональна і принципова схеми регулятора. Був виконаний повний електричний розрахунок принципової схеми.
Схема автоматичного ПІД-регулятора містить у собі пропорційну, інтегруючу складові, котрі розглянуті окремо випадку. Кожний з цих блоків включає розрахунок та додаток у якому приведені експериментально отримані графіки. У графічній частині даного курсового проекту представлені структурна, функціональна і принципова схеми, що наочно демонструють роботу ПІД-регулятора, розрахованого відповідно до завдання на курсовий проект.
У результаті виконання курсового проекту по дисципліні “Елементи і пристрої автоматики” (розробка схеми регулятора) були придбані практичні навички розрахунку ланок автоматичного ПІД-регулятора, побудови і розрахунку структурної, функціональної і принципової схем.
До процесу виконання завдання курсового проекту були притягнуті сучасні методи роботи з застосуванням устаткування, що зайняло невід'ємне місце в житті сучасного інженера, використано практично у всіх сферах керування технологіями виробництва і керування, тобто персонального комп'ютера. Моделювання ПІД-регулятора було виконана за допомогою сучасних пакетів (OrCAD9.2), застосування яких значно поліпшує продуктивність і якість роботи
1. Методические указание и контрольные работы к курсовому проекту по дисциплине “ЭУА” для студентов специальности 21.01. / Сост. Ю.М. Бастриков, А.В. Фрид, В.И. Великий, С.А. Положаенко. - Одесса: ОПИ, 1991. - 43с.
2. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. -М.Энергоиздат -1990-318с
3. Применение прецизионных аналоговых микросхем / А.Г. Алексеенко, Е.А. Коломбет, Т.И. Стародуб. - М. Радио и связь ,1985,-304с.
4. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова. - М. Радио и связь, 1989 - 496с.
5. Электроника и микросхемотехника / А.А. Краснопрошина, В.А. Скаржепа, П.И. Кравец. -Киев. Выща школа, 1989-430с.
Математичний опис лінійних неперервних систем автоматичного керування (САК). Інерційні й не інерційні САК, їх часові та частотні характеристики. Елементарні ланки та їх характеристики. Перетворення схеми математичної моделі САК до стандартного вигляду. курсовая работа [444,8 K], добавлен 10.04.2013
Визначення стійкості систем автоматичного керування за алгебраїчними критеріями методом Гурвіца та розрахунок критичного коефіцієнту підсилення замкнутої САК. Алгоритм перевірки вірності всіх обрахунків на графіках, які побудовані за допомогою ЦЕОМ. лабораторная работа [859,6 K], добавлен 28.12.2011
Аналіз якості лінійних безперервних систем автоматичного управління. Методи побудови перехідної функції, інтегральні оцінки якості. Перетворення структурної схеми, аналіз стійкості розімкнутої та замкнутої систем. Розрахунок часових та частотних функцій. курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.03.2014
Методи розробки структурної схеми пристрою. Вибір схеми підсилювача потужності та типу транзисторів. Розрахунок співвідношення сигнал-шум та частотних спотворень каскадів. Розробка блоку живлення та структурної схеми пристрою на інтегральних мікросхемах. курсовая работа [603,3 K], добавлен 14.10.2010
Причини для розробки цифрових пристроїв обробки інформації, їх призначення і область застосування. Блок-схема алгоритму роботи. Розробка функціональної схеми пристрою та принципової схеми обчислювального блока. Виконання операції в заданій розрядності. курсовая работа [691,7 K], добавлен 29.09.2011
Аналіз стійкості вихідної системи автоматичного управління за критерієм Найквиста. Проектування за допомогою частотного метода корегуючго пристрою. Проведення перевірки виконаних розрахунків за допомогою графіка перехідного процесу (пакети Еxel і МatLab). курсовая работа [694,3 K], добавлен 10.05.2017
Опис роботи, аналіз та синтез лінійної неперервної системи автоматичного керування. Особливості її структурної схеми, виконуваних функцій, критерії стійкості та її запаси. Аналіз дискретної системи автокерування: визначення її показників, оцінка якості. курсовая работа [482,1 K], добавлен 19.11.2010
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Проектування схеми автоматичного ПІД-регулятора курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат По Волейболу 6 Класс Кратко
Контрольная работа: Природные источники повышения радиационного фона
Черепно Мозговая Травма Реферат
Курсовая работа: Информационная система менеджера по работе с клиентами
Курсовая работа: Общества взаимного страхования: история возникновения, современное состояние и перспективы развития
Учебное пособие: Методические указания по подготовке к вступительным испытаниям на первый курс Кировской гма в 2022 году
Вмф Рф Реферат
История Развития Компьютерной Техники Реферат Краткое Содержание
Реферат: Персонал предприятия и направления улучшения его использования
Развитие Персонала Диссертация
Цыбулько Вариант 6 Сочинение
Реферат: Органiзацiйно-правовi форми пiдприємств
Управленческая Отчетность Организации Курсовая
Контрольная работа по теме Аналоговый и цифровой сигнал. Передача сигналов
Реферат: Доходы в рыночной экономике
Реферат: Методические рекомендации по дисциплине «Психология и педагогика» Москва
Курсовая работа: Перестройка экономики Карелии на военный лад в 1941-1942 годах
Реферат: Організація участі підприємства у виставках та ярмарках
Доклад по теме Мацуо Басё
Курсовая работа: Учет основных фондов ООО "Сладкая Жизнь"
Способы образования антропонимов в английском языке - Иностранные языки и языкознание курсовая работа
Порядок визначення підсудності цивільних справ - Государство и право курсовая работа
Применение горизонтальных скважин для повышения эффективности разработки месторождений на примере 302-303 залежей Ромашкинского месторождения НГДУ "ЛН" - Геология, гидрология и геодезия дипломная работа