Розробка лінійних систем автоматичного управління (САУ) з цифровою корегуючою ланкою - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Розробка лінійних систем автоматичного управління (САУ) з цифровою корегуючою ланкою

Розробка функціональної схеми цифрової слідкуючої системи. Складання передаточних функцій її елементів. Вибір виконавчого двигуна і підсилювача потужності. Розрахунок, побудова та моделювання послідовної безперервної корегуючої ланки методом ЛАЧХ.


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.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Мета курсової роботи - набуття студентами навичок у розрахунку лінійних систем автоматичного управління (САУ) з цифровою корегуючою ланкою, роль якої може виконувати мікропроцесор, що управляє обчислювальною машиною, чи будь-який спеціалізований цифровий управляючий пристрій.
Відповідно до завдання необхідно розробити слідкуючу систему, що задовольняє визначеним технічним умовам. Система повинна забезпечувати синхронне і синфазне обертання двох вісей, механічно не зв'язаних між собою. Входом системи є кут повороту сельсина-датчика, а виходом - кут повороту вихідного вала редуктора, механічно зв'язаного з робочим механізмом і з ротором сельсина-приймача.
Слідкуючі системи, розглянутого типу, широко застосовуються для дистанційного управління різними механізмами, а також при побудові САУ в різних галузях промисловості.
1. Завдання на виконання курсової роботи
1.1. Мета курсової роботи - проектування слідкуючої системи, яка задовольняє заданим технічним умовам.
1.2. Вимірювальний пристрій - сельсинні пари.
1.3. Виконавчий двигун - двигун постійного струму серії МІ.
1.4. Підсилювач потужності - електромашинний підсилювач з поперечним полем.
1.5. Вихідні дані для проектування системи.
1.5.1. Статичний момент навантаження об'єкта управління - Мос, Нм
1.5.2. Момент інерції об'єкта управління - Jо, кгм 2
1.5.3. Максимальна кутова швидкість об'єкта управління - ?о max.
1.5.4. Максимальне кутове прискорення об'єкта управління - ?о max
1.5.5. Вимоги, які запропоновані до якості процесу управління: максимальне перерегулювання - ? мах,; час регулювання - tр ; максимальна кінетична похибка - xmax, рад.
Варіанти вихідних даних приведені в додатоку 1.
1.6. Курсова робота повинна містити такі розділи.
1.6.1. Розробка функціональної схеми.
1.6.2. Вибір елементів системи: виконавчого двигуна (серії МІ) і електромашинного підсилювача потужності (ЕМП), розрахунок пере1.6.3. Складання передаточних функцій елементів незкорегованої слідкуючої системи.
1.6.4. Побудова логарифмічних частотних характеристик (ЛАЧХ ) незкорегованої системи, бажаної системи і послідовної корегуючої ланки.
1.6.5. Побудова на ЕОМ перехідної функції H(t) і визначення по ній показників якості перехідного процесу для системи з безперервною послідовною корегуючою ланкою.
1.7. Розрахунково-пояснювальна записка повинна містити такі розділи.
1.7.1. Вступ (мета виконання роботи, опис слідкуючої системи, принцип її роботи, опис функціональної схеми системи).
1.7.2. Вихідні дані для проектування системи.
1.7.4. Висновок (основні характеристики зпроектованої системи).
1.8. Додатком до розрахунково-пояснювальної записки повинні бути функціональна і структурна електричні схеми слідкуючої системи; ЛАЧХ і ЛФЧХ зкорегованої і незкорегованої системи, графік перехідній функції системи , таблиці і графіки, необхідні для виконання даної роботи.
1.9. Записка повинна бути оформлена відповідно до вимог ЄСКД (написана чорним чорнилом чи пастою, або надрукована на принтері на аркушах формату 11). Орієнтовний обсяг записки - 20 - 25 сторінок.
2. Порядок розрахунку слідкуючої системи
В слідкуючій системі, яка проектується, в якості виконавчого двигуна (Д) використовується двигун постійного струму серії МІ, в якості підсилювача потужності - електромашинний підсилювач з поперечним полем (ЕМП). Для вимірювального пристрою (ВП) рекомендується використовувати сельсинну пару: сельсин-датчик і сельсин-трансформатор (приймач). Оскільки вимірювальний пристрій працює на змінному струмі, а підсилювач потужності і виконавчий двигун - на постійному струмі, то після вимірювального пристрою повинний бути застосований фазовий детектор (ФД). Крім зазначених елементів у функціональну схему входять: корегувальний пристрій (КП), підсилювач напруги (П), редуктор (Р), за допомогою якого виконавчий двигун з'єднується з об'єктом управління і ротором сельсина-трансформатора, та об'єкт управління (ОУ).
Функціональна схема цифрової слідкуючої системи, наведена на рис.1. Рис.1. Функціональна схема цифрової слідкуючої системи
Рис.1. Функціональна схема слідкуючої системи
Вибір двигуна починають з розрахунку необхідної потужності, що повинна бути достатньої для забезпечення заданої швидкості і прискорення об'єкта управління при заданому навантаженні.
де ? р ???ККД редуктора, ? р = 0,72 .
З каталогу (додаток 2) вибираємо найближчий двигун більшої потужності Р н > Р тр і виписуємо його паспортні дані:
n н - номінальна швидкість обертання (об/хв);
R д - опір ланцюга обмотки якоря (Ом);
J д - момент інерції якоря (кг.м 2 );
Потім послідовно визначаємо такі величини:
номінальна кутова швидкість двигуна ? н (с -1 ) -
номінальний момент двигуна М н (Н.м) -
оптимальне передаточне число редуктора i р -
де J р = 1.10 -4 кг.м 2 - момент інерції редуктора.
Визначаємо необхідний момент на валу двигуна:
Для обраного двигуна необхідно перевірити вимогу чи задовольняє він моменту і швидкості у відповідності до таких умов:
М тр /М н ??????????????? o max i р / ? н a ;
де ??????коефіцієнт припустимого перевантаження двигуна по моменту (для двигуна постійного струму ?????????????a - коефіцієнт припустимого короткочасного збільшення швидкості двигуна понад номінальний, за звичай a = 1,2 - 1,5.
Приклад. Вибрати виконавчий двигун слідкуючої системи, якщо відповідно до технічного завдання: Jо=100кг.м 2 ; М ос = 120 Нм; ? омах = 0,7 з -1 ; ? omax = 0,44 з -2 ; ? р = 0,72.
Р тр = 2(120 + 100. 0,44). 0,7/0,72 = 319 Вт .
Вибираємо двигун типу МІ-22 (додаток2) з такими параметрами: Р н = 370Вт; U н = 110 В; n н = 3000 об/хв; J д = 0,004 кг.м 2 .
Задамо момент інерції редуктора, який підведений до вала двигуна J р =1.10 -4 кг.м 2 , і знайдемо передаточне число редуктора
Номінальний момент обраного двигуна дорівнює:
Проведемо перевірку двигуна: по моменту - 1,28/1,18< 10 ;
по швидкості - 0,7.355/314 = 0,79 < 1,5 .
У результаті перевірок двигуна по моменту і швидкості видно, що він не перевантажений. Отже, двигун МІ-22 обраний правильно.
В якості підсилювача потужності використовуємо ЕМП з поперечним полем. При виборі підсилювача необхідно дотримуватися таких умов.
1. Номінальна потужність підсилювача повинна задовольняти нерівності
2. Номінальна напруга підсилювача повинна бути не менше номінальної напруги виконавчого двигуна.
3. Номінальний струм підсилювача повинний бути не менше, ніж номінальний струм двигуна.
З огляду на зазначені умови, вибираємо тип ЕМП (див. додаток 3).
2.4 Складання передаточних функцій елементів слідкуючої системи
Передаточна функція виконавчого двигуна по куту повороту має вид (якщо знехтувати індуктивністю ланцюга якоря)
де К д - коефіцієнт підсилення двигуна, рад/В.с : К д = ? н / U н ;
Т д - електромеханічна постійна часу:
В останній формулі ??=1,2 - постійний коефіцієнт;
J c - сумарний момент інерції, приведений до вала двигуна
2.4.2 Електромашинний підсилювач (ЕМП)
К ЕМП - коефіцієнт підсилення ЕМП по напрузі
Р у , R у - відповідно потужність і опір обмотки управління ЕМП,
Ту, Т кз - постійні часу обмотки управління і короткозамкненої обмотки
Підсилювач (на функціональній схемі - П) слугує для узгодження вихідного сигналу ЦАП із вхідним опором обмотки управління ЕМП. Його можна вважати безінерційною ланкою з передаточною функцією W п (Р) = К п .
Передаточна функція фазового детектора W фд (P) = К фд ,
де К фд =1 - коефіцієнт підсилення фазового детектора.
Передаточна функція вимірювального пристрою W вп (Р)=К вп ,
де К вп =1 - коефіцієнт підсилення вимірювального пристрою.
Передаточна функція редуктора W ред (Р)=К ред =1/i р .
Структурна схема незкорегованої слідкуючої системи, наведена на рис.2.
Рис.2. Структурна схема незкорегованої слідкуючої системи
2.5 Розрахунок послідовної безперервної корегуючої ланки методом ЛАЧХ
Побудова логарифмічної амплітудно-частотної характеристики (ЛАЧХ) послідовної корегуючої ланки проводиться в такій послідовності.
1. Будується ЛАЧХ заданої (незкорегованої) системи.
2. Будується бажана ЛАЧХ за заданими показниками якості перехідного процесу.
3. Будується ЛАЧХ послідовної корегуючої ланки шляхом графічного вирахування ЛАЧХ заданої системи з бажаної ЛАЧХ.
4. По виду ЛАЧХ корегуючої ланки визначається його передаточна функція (безперервна).
2.5.1 Побудова ЛАЧХ заданої системи по виду передаточної функції
Передаточну функцію розімкненої системи потрібно представити у виді добутку передаточних функцій типових динамічних ланок (обмежимося випадком, коли в системі відсутні коливальні ланки і ланки із запізненням). Наприклад, нехай передаточна функція розімкненої системи має вид:
Побудову зручно проводити в такій послідовності.
1. Визначити частоти, при яких відбувається зміна нахилу ЛАЧХ і які розраховуються як w i =1/Т i , та відкласти їх по вісі абсцис у логарифмічному масштабі (Т i - постійні часу передаточної функції К з (Р) ).
2. Відкласти точку A1 з координатами w A1 =1c -1 і L(w A1 )=20lgК з ( див. рис. 3). Через точку A1 провести пряму з нахилом -20 дБ/дек. Побудована в такий спосіб пряма лінія збігається з ЛАЧХ при частотах, менших першої зупрягаючої частоти (один по одному їхнього розташування на вісі частот ліворуч-праворуч).
3. На частоті сполучення w i характеристика змінює свій нахил: або на +20 дБ/дек, якщо постійна часу Т i= 1/--w i знаходиться в чисельнику вихідної передаточної функції, або на -20 дБ/дек, якщо постійна часу Т i знаходиться в знаменнику передаточної функції.
Для дослідження системи на стійкість за амплітудно-фазовим критерієм стійкості за допомогою логарифмічних частотних характеристик, необхідно крім ЛАЧХ побудувати ще логарифмічну фазочастотну характеристику (ЛФЧХ). По вісі абсцис відкладається частота в логарифмічному масштабі (використовують ту ж вісь частот, що і для побудови ЛАЧХ), а по вісі ординат відкладають аргумент амплітудно-фазової характеристики j(w)--чи у градусах чи у радіанах в лінійному масштабі. Для розглянутого приклада j(w) розраховується по формулі
j(w)=-----9_----- arctg T у --w----- arctg T кз w----- arctg T д w--------[град.].
При побудові бажаної ЛАЧХ виділяють три області: область низьких частот, область середніх частот і область високих частот. Вид ЛАЧХ у кожній з областей по різному впливає на якість системи. В області низьких частот вид ЛАЧХ визначає точність роботи системи в сталих режимах. Область середніх частот визначає динамічні властивості системи (швидкодія, коливальність). Вид ЛАЧХ в області високих частот практично мало впливає на якість системи.
Побудову бажаної ЛАЧХ зручно починати з області середніх частот у такій послідовності.
По заданих величинах s max і t р визначаємо за допомогою табл. 1 частоту зрізу w с.
Наприклад, нехай задано, що --s max =30 %-- ,----t р =1,5 с. З табл.1 для s max =30% --визначаємо t р w с /p=3,2, звідки випливає:
Рис.3. а-а-а - ЛАЧХ заданої (незмінної частини) системи;
c-c-c - ЛАЧХ послідовної корегуючої ланки.
Наносимо на вісь абсцис частоту зрізу w с і проводимо через неї пряму лінію з нахилом -20 дБ/дек (рис.3).
Частота w 2 , яка обмежує область середніх частот бажаної ЛАЧХ ліворуч, визначається величиною відрізка L 1 , що може бути знайдена в залежності від заданої величини s max з табл.1. Частота w 3 , яка обмежує область середніх частот праворуч, визначається величиною відрізка L 2 , при цьому .
В області високих частот бажану ЛАЧХ потрібно будувати у виді прямолінійних відрізків з нахилом, кратним -20 дБ/дек. (тобто -40, - 60, -80 і т.д.), таким чином, щоб різниця характеристик бажаної і заданої (у межі при w--®--Ґ)----складала пряму лінію, рівнобіжну вісі частот.
В області низьких частот бажана ЛАЧХ будується в такий спосіб. По заданій величині коефіцієнта підсилення системи К с =w о m ах /x max визначаємо величину L A2 =20LgK c і відзначаємо на кресленні точку A 2 c координатами w A2 =1 c -1 і L A2 (див. рис.3). Через точку A 2 проводимо пряму лінію з нахилом -20 дБ/дек.
Від точки М, що обмежує область середніх частот ліворуч, проводимо пряму лінію з нахилом -40дБ/дек до перетинання з низькочастотною частиною бажаної ЛАЧХ.
Якщо в завданні на розробку слідкуючої системи, зазначена максимально припустима похибка спостереження Хмах за умови, що вхідний сигнал може змінюватися з максимальною кутовою і з максимальним кутовим прискоренням eomax , то для виконання цих вимог необхідно, щоб бажана ЛАЧХ не попадала у заборонену область.
Заборонена область будується в такий спосіб. Визначаємо на кресленні точку В з координатами:
Від точки B вправо проводимо пряму лінію з нахилом -40 дБ/дек, а вліво - пряму лінію з нахилом -20 дБ/дек.
Якщо ЛАЧХ, побудована по заданому коефіцієнту Кс, попадає в заборонену область, то це означає, що при даному коефіцієнті Кс задана точність спостереження не може бути забезпечена і коефіцієнт Кс потрібно збільшити, (бажану ЛАЧХ зрушувати вправо), щоб бажана ЛАЧХ не попадала в заборонену область.
По виду ЛАЧХ бажаної можна записати передаточну функцію безперервної зкорегованої (бажаної) системи. Для розглянутого приклада (крива б-б-б... рис.3) передаточна функція має вид:
Для визначення передаточної функції бажаної системи можна скористатися програмою, що наведена в додатку 4. Програма написана мовою BASIC і дозволяє знайти постійні часу T1, Т2, Т3 бажаної передаточної функції по показниках якості smах і tp. При цьому передаточна функція записується у виді
Типова бажана ЛАЧХ, по якій записана передаточна функція (2), показана на рис. 4.
Показник ступеня k визначається нахилом заданої ЛАЧХ в області високих частот.
Рис 4. Типова ЛАЧХ бажаної слідкуючої системи
Для забезпечення заданих показників якості перехідного процесу скорегована система повинна мати визначений запас стійкості по фазі. Необхідна величина запасу сталості по фазі (q)--для заданої величини максимального перерегулювання зазначена в табл.1. Після побудови бажаної ЛАЧХ потрібно розрахувати і побудувати ЛФЧХ зкорегованої системи і визначити q--.
2.5.3 Розрахунок послідовної корегуючої ланки
ЛАЧХ послідовного безперервної корегуючої ланки будується шляхом графічного вирахування з ЛАЧХ бажаної ЛАЧХ заданої частини системи ( на рис.3 - лінія с-с-с).
По виду ЛАЧХ потрібно записати передаточну функцію безперервної послідовної корегуючої ланки. Для ЛАЧХ с-с-с на рис.3 передаточна функція має вид:-
Коефіцієнт К кор визначається зі співвідношення: 20lgК кор =L 3 .
Цю ж передаточну функцію можна одержати, якщо бажану передаточну функцію К Б (Р) поділити на передаточну функцію заданої частини системи К з (Р).
2.6 Моделювання слідкуючої системи з безперервною послідовною корегуючою ланкою
Для того щоб переконатися, що корекція системи проведена правильно і скорегована система має показники якості перехідного процесу не гірше заданих, потрібно провести моделювання. Рекомендується моделювати скореговану систему на ПЕОМ, використовуючи пакет Matlab simulink.
Якщо виявиться, що показники якості скорегованої системи гірше заданих, то потрібно вносити в корекцію відповідні зміни. Так, якщо перерегулювання виявилося більше заданого, то потрібно збільшувати відрізки L1 і L2. Якщо час регулювання виявилося більше заданого, потрібно збільшувати частоту зрізу бажаної ЛАЧХ.
1. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 2001. 766 с.
2. Батоврин А.А., Дашевский П.Г. и др. Цифровые следящие системы судовой автоматики. Л.: Судостроение, 1999. 445 с.
Варіанти вихідних даних для проектування слідкуючої системи
Визначення постійних часу передаточної функції бажаної системи
10 PRINT "Визначення пост. часу передат. функції бажаної системи"
20 PRINT " Перед. ф-ція, яка відшукується, має вид:"
30 PRINT " Kc(T(2)*P+1)/((T(1)*P+1)*(T(3)*P+1)^(n- m)*(T(4)P+1)*..(T(m+3)P+1)*P)"
40 PRINT "n-ступінь полінома Q(P) - знаменника перед. ф-ції заданої сист."
50 PRINT "m-кількість пост. часу Q(P), менших, за Т(3)"
60 PRINT "Q(P)=(Tз(1)*P+1)*(Tз(2)*P+1)*...*(Tз(N)*P+1)"
70 PRINT "Введіть порядок полінома знаменника Q(P) заданої перед.ф-ції"
140 PRINT "Введіть пост. часу знаменника заданої перед. ф-ції Q(P)"
190 PRINT "Введіть величину макс. перерегулювання"
230 IF SM = 15 THEN C = 4.4: L1 = 15
240 IF SM = 20 THEN C = 4: L1 = 13.5
250 IF SM = 25 THEN C = 3.6: L1 = 12
260 IF SM = 30 THEN C = 3.2: L1 = 11
270 IF SM = 35 THEN C = 3: L1 = 10.5
280 IF SM = 40 THEN C = 2.8: L1 = 10
310 PRINT "Коефіцієнт підсилення бажаної системи Кс="
520 IF T3(I) <= T(3) * .75 THEN M = M + 1: T(3 + M) = T3(I)
590 PRINT "T(1)="; T(1); "T(2)="; T(2); "T(3)="; T(3)
600 PRINT "Вираз у дужках знаменника (Т(3)*Р+1) повинен зводитися в ступінь (n-m)"
670 PRINT "Lg(1/T1)="; X1; "Lg(1/T2)="; X2; "Lg(1/T3)="; X3
Розробка функціональної схеми автоматизації процесу регулювання пари при гранулюванні кормів; побудова систем контролю і обліку. Визначення передаточних функцій елементів структурно-алгоритмічної схеми САУ; розрахунок показників запасу стійкості і якості. курсовая работа [984,7 K], добавлен 14.08.2012
Розробка структурної, функціональної та принципової електричної схеми каналу послідовної передачі даних. Моделювання каналу послідовної передачі даних. Розрахунок параметрів і часових характеристик каналу, токів і потужності та надійності пристрою. курсовая работа [208,4 K], добавлен 20.01.2009
Розрахунок інвертуючого суматора. Розробка структурної схеми. Вибір операційного підсилювача. Розрахунок однофазного випрямляча малої потужності з інтегральним стабілізатором напруги. Моделювання пристрою в середовищі програми Electronics Workbench. курсовая работа [570,8 K], добавлен 09.04.2013
Розробка схеми підсилювача змінного струму, який має п'ять каскадів підсилення. Визначення типів транзисторів. Вибір і розрахунок інтегрального стабілізатору напруги для живлення підсилювача низької частоти та однофазного випрямляча малої потужності. курсовая работа [478,8 K], добавлен 20.09.2011
Загальні відомості, параметри та розрахунок підсилювача, призначення елементів і принцип роботи підсилювального каскаду. Розрахунок режиму роботи транзисторів, вибір пасивних елементів та номінальних значень пасивних і частотозадаючих елементів схеми. курсовая работа [990,6 K], добавлен 16.11.2010
Опис принципу роботи операційного та інвертуючого підсилювача. Структурна схема інвертуючого підсилювача на операційних підсилювачах. Розрахунок та вибір елементів електричної принципової схеми інвертуючого підсилювача. Розрахунок блоку живлення. курсовая работа [466,6 K], добавлен 15.05.2012
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
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



Розробка лінійних систем автоматичного управління (САУ) з цифровою корегуючою ланкою курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Картина Е Э Грабаря Зимнее Утро Сочинение
Реферат: The Life Of Stevie Ray Vaughan Essay
Реферат: Предвидение Петра I. Скачать бесплатно и без регистрации
Приемы анализа рядов динамики
Как Описать Актуальность Темы Дипломной Работы
Реферат по теме Нетрадиционные аномальные воздействия различной природы, влияющие на функциональную целостность организма и психики человека
Курсовая Работа Особенности Изучение Истории Стран Востока
Доклад по теме Краткая биография Бориса Виана
Реферат На Тему Схемотехніка Транзисторних Ключів
Реферат по теме Этапы ремонта: последовательность и нюансы
Реферат: Национальные интересы
Создание Бд В Access Практическая Работа
Реферат: Women And Shakespeare Essay Research Paper A
Грудные Мышцы Реферат
Антоновские Яблоки Краткое Сочинение
Реферат по теме История развития действительных чисел
Реферат по теме Рак молочной железы. Цитологическая диагностика
Реферат: Should Social Policy Be Concerned With Creating
Воспитание Личности Реферат
Реферат: Методы численного моделирования МДП-структур
Все о нервной системе - Биология и естествознание презентация
Добыча нефти на месторождении Кашаган - Геология, гидрология и геодезия реферат
Peculiarities of translation of toponyms - Иностранные языки и языкознание курсовая работа