Система автоматического регулирования давления в ресивере. Курсовая работа (т). Технология машиностроения.
👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Система автоматического регулирования давления в ресивере
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
Федеральное агентство
по образованию
Филиал
государственного образовательного учреждения высшего профессионального
образования «Самарский государственный технический университет» филиал в г.
Сызрани
Кафедра
электротехники, информатики и компьютерных технологий
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине « Теория автоматического управления»
Тема :
«Система автоматического регулирования давления в ресивере».
1. Построение структурной
схемы нескорректированной системы и определение передаточных функций её звеньев
2. Оценка точности и
анализ качества исходной системы
3. Построение логарифмических
амплитудно-частотных характеристик для исходной системы, желаемой и
корректирующего звена
4. Синтез
последовательного корректирующего устройства
5. Оценка точности и качества
скорректированной системы с учётом ограничений выходного сигнала регулятора
путём моделирования
Библиографический список
использованной литературы
Техническое задание включает в себя сведения о принципе действия
нескорректированной системы автоматического регулирования (САР), ее
функциональную схему, параметры всех звеньев системы, характеристики входных и
возмущающих воздействий, показатели качества проектируемой САР.
Для САР приводятся ограничение выходного сигнала электронного
усилителя, требуемое значение выходного сигнала, максимальная относительная
ошибка системы ν (в %), допустимое относительное перерегулирование σ (в%).
Требуется спроектировать следящую систему автоматического
регулирования, удовлетворяющую заданным условиям. Исходная система состоит из
набора неизменяемых устройств, необходимо рассчитать корректирующие устройства.
Давление в данной системе контролируется с помощью сильфонного
датчика 3, выходная величина которого - перемещение Хс сильфона 5
однозначно зависит от разности сил , где F р - сила, создаваемая давлением
Р; F о - сила натяжения пружины 6, которое можно изменять винтом 7.
Перемещение сильфона Хс с помощью потенциометрического преобразователя 4
преобразуется в электрический сигнал – напряжение U, которое усиливается
электронным усилителем 8.
Выходной сигнал усилителя U , управляет
электромагнитным приводом 9, связанным с заслонкой 2.
В данной САР сильфонный датчик выполняет функции воспринимающего,
задающего и сравнивающего органов. Как воспринимающий орган он контролирует
давление Р, преобразуя его в силу F р. Задание требуемого
давления в ресивере обеспечивается посредством силы F о. Как сравнивающий орган
сильфон обеспечивает сравнение величин F о и F р,в результате чего
получается - сигнал рассогласования .
Динамические свойства объекта регулирования и элементов САР
описываются следующей системой уравнений:
- потенциометрический преобразователь
- электромагнитный
привод совместно с заслонкой
Выходной сигнал электронного усилителя ограничен уровнем 48 В. Требуемое
значение давления Р=500 кПа.
Результатом курсового проектирования должна быть скорректированная
система параметры которой соответствуют параметрам, приведённым в задании.
Задача синтеза системы автоматического регулирования заключается в
выборе такой её структуры, параметров, характеристик и способов их реализации,
которые при заданных ограничениях наилучшим образом удовлетворяют требованиям,
предъявленным к системе.
Заданная часть проектируемой системы является исходной или
нескорректированной САР. Параметры ее основных функциональных элементов
известны. В такой постановке задача проектирования сводится к определению
корректирующего устройства, обеспечивающего заданные показатели качества
системы.
Наиболее простым, наглядным и хорошо разработанным инженерным
методом синтеза САР является метод логарифмических амплитудных частотных
характеристик (ЛАЧХ). Его идея основана на однозначной связи между переходным
процессом в системе и ее ЛАЧХ. Исходя из этого, по заданным динамическим
показателям и точности сначала строится желаемая ЛАЧХ, а затем путем
графического построения осуществляется приближение к ней частотных
характеристик исходной системы. В результате такой процедуры определяется ЛАЧХ
корректирующего устройства.
Для синтеза САР необходимо выполнить ряд следующих задач:
1. Построение структурной схемы нескорректированной системы и
определение передаточных функций её звеньев.
2. Оценка точности и анализ качества исходной системы (запаса
устойчивости и быстродействия) с использованием пакета Control System Toolbox.
4. Определение желаемых передаточных функций разомкнутой и
замкнутой системы. Оценка показателей качества желаемой системы с использованием
математического пакета МatLab.
5. Синтез последовательного корректирующего устройства
(регулятора).
6. Реализация корректирующего устройства в виде аналогового и
цифрового регуляторов
7. Оценка точности и качества скорректированной системы с учетом
ограничений выходного сигнала регулятора путём моделирования с помощью пакета SIMULINK.
8. Построение и описание функциональной схемы скорректированной
системы (с приведением параметров САР и её показателей качества).
1. Построение
структурной схемы нескорректированной системы и определение передаточных
функций её звеньев .
По заданной
функциональной схеме (рис.1) составим структурную схему исходной системы . Она
изображена на рис.2 :
Будем считать , что все
звенья системы линейны . Таким образом , в рассматриваемой системе отпадает
необходимость линеаризации и можно сразу приступить к определению передаточных
функций динамических звеньев на основе их дифференциальных уравнений.
Запишем в общем виде
передаточные функции каждого звена системы :
ПФ потенциометрического
преобразователя :
ПФ электромагнитного привода
совместно с заслонкой
Ресивер является одновременно
объектом регулирования и возмущающим воздействием , поэтому представим его в
виде двух блоков с передаточными функциями :
Передаточная функция
двигателя записана в общем виде . Для определения типа сильфона исследуем его
на колебательность , проверив следующее условие : .
Если оно выполняется , то
сильфон является апериодическим звеном второго порядка , если не выполняется –
колебательным звеном.
Для этого подставим
значения Т 2 и Т 1 из таблицы 1 в данное условие :
Мы видим , что условие
выполняется , значит сильфон является апериодическим звеном второго порядка и
его ПФ может быть записана в виде:
Для нахождения
коэффициентов и воспользуемся
соотношениями
Решим систему из двух
линейных уравнений :
В результате получим и
решим квадратное уравнение:
Найдём передаточную
функцию разомкнутой системы исходя из передаточных функций её звеньев и
структурной схемы нескорректированной системы ( рис.2) ;
Подставим в выражение
численные значения коэффициентов и получим следующее :
2. Оценка
точности и анализ качества исходной системы
Приведём систему к
единичной обратной связи , тогда структурная схема нескорректированной системы
приведённой к единичной обратной связи будет иметь вид:
Тогда передаточная
функция замкнутой системы принимает вид:
Найдём ошибку системы ,
величина которой равна
Далее для оценки свойств
системы воспользуемся пакетом прикладных программ
Control System Toolbox математического пакета MatLab.
Занесём в tf-форме передаточную функцию
разомкнутой исходной системы в MatLab
, обозначив её через Wr ,
для этого сначала введём передаточные функции звеньев и найдём их произведение
:
-------------------------------------------------------
4.463e-006 s^4 +
0.003253 s^3 + 0.2917
s^2 + 1.11 s + 1
Далее
строим логарифмические амплитудные характеристики :
Для
определения устойчивости замкнутой системы автоматического управления построим
годограф Найквиста от разомкнутой системы с помощью средств MatLab.(рис.5)
Точка
с координатами (0;-j) охватывается
годографом, следовательно исходная система не устойчива.
Чтобы
оценить время переходного процесса и относительное перерегулирование , введём в
нашу модель единичную обратную связь и построим график переходного процесса замкнутой
исходной системы (рис.6)
--------------------------------------------------------
4.463e-006 s^4 + 0.003253 s^3 + 0.2917 s^2 + 1.11 s + 79
Из
графика (рис.6) видно , что время перехода равно 15 секунд , подобная скорость
переходного процесса приемлема , но не желательна .
Относительное
перерегулирование составляет приблизительно ,
что является слишком большим значением и превышает допустимое по условию
задания (σ =5 %).
Оценив
характеристики исходной системы , делаем вывод о том , что система требует
доработки в виде дополнительного корректирующего устройства (регулятора)
5.
Построение логарифмических амплитудно-частотных характеристик для исходной
системы, желаемой и корректирующего звена .
Для
построения ЛАЧХ используется стандартная сетка ,. По оси абсцисс откладывается угловая
скорость в логарифмическом масштабе , т.е. наносятся отметки , соответствующие , а около отметок пишется само значение
частоты в рад/с . Выбираем длину , равную 50мм
. По оси ординат откладывается модуль в дБ.
Построим
для нашей исходной системы так называемую асимптотическую ЛАЧХ ( см.
приложение), представляющую собой совокупность отрезков прямых линий снаклонами
, кратными величине 20 дБ/дек, а точки перегибов соответствуют десятичным
логарифмам частот , равных величинам , обратным постоянным времени из
передаточной функции.
Для
построения исходной ЛАЧХ будем использовать передаточную функцию
Начальный уровень
исходной ЛАЧХ будет равен :
Для построения желаемой
ЛАЧХ необходимо найти желаемый передаточный коэффициент:
Из построенной желаемой
ЛАЧХ определяем передаточную функцию разомкнутой желаемой системы :
Для построения ЛАЧХ
корректирующего звена вычтем из желаемой ЛАЧХ исходную.
Передаточная функция
регулятора имеет вид (см. приложение):
Произведём оценку
точности и анализ качества скорректированной системы с помощью математического
пакета МatLab.
-----------------------------------------------
2.56e-008 s^4
+ 3.456e-005 s^3 + 0.0132 s^2 + s
Запас по амплитуде
увеличился почти в 9 раз и теперь составляет 17,3 дБ , запас по амплитуде
составляет 57,8 градуса .
Введём в систему
отрицательную обратную связь и оценим переходный процесс.
----------------------------------------------------
2.56e-008 s^4
+ 3.456e-005 s^3 + 0.0132 s^2 + s + 49
Из графика (рис.8)видно ,
что время перехода равно 0,15 секунды , а перерегулирование составляет примерно
% , что не превышает заданных 5 %.
Проверим систему на
устойчивость при помощи построения годографа Найквиста :
Оценив характеристики
скорректированной системы , делаем вывод :
сходящийся колебательный
процесс (рис.8) и годограф Найквиста (рис.9) , не охватывающий точку (0,-j) свидетельствуют об устойчивости
системы.
4. Синтез последовательного
корректирующего звена
Структурная схема САУ при
последовательной коррекции изображена на рис.10, где приняты следующие
обозначения : W(s)-передаточная функция исходной системы ;
Wk(s)- передаточная функция корректирующего устройства .
Полагая , что
передаточная функция скорректированной системы Wск(s)
равна желаемой передаточной функции Wж(s) , можно записать
Реализация аналогового
регулятора на пассивных RC-цепях.
Передаточная функция
корректирующего звена имеет вид:
Т.к. , то данная ПФ может быть реализована
при помощи схемы , изображённой на рис.11.
Произведём расчёт
сопротивлений и ёмкости , а так же коэффициента усиления дополнительного
усилителя . Расчёт устройства производится по соотношениям :
Пусть ёмкость
конденсатора равна 10 мкФ ( модель К15П-1)
По таблице номиналов
выбираем близкие по значению резисторы модели С1-1 R 1 =39кОм , R 2 =160Ом
Чтобы сделать коэффициент
регулятора равным 2,02 , подберём коэффициент усиления дополнительного
усилителя Куд=112.
Найдём постоянные времени
с учётом номиналов найденных реальных конденсатора и резисторов :
Таким образом
передаточная функция регулятора примет вид :
Реализация активного
корректирующего звена на ОУ.
Принципиальная схема регулятора
на ОУ приведена на рис.12.
Расчёт устройства
производится по соотношениям :
По таблице номиналов
выбираем близкие по значению резисторы модели С1-1 и конденсаторы модели К15П-1
:
R 2 = 4,7 кОм ; С 2 = 0,33мкФ ; С 1 =
39мкФ
Цифровой регулятор может
быть получен из передаточной функции корректирующего устройства путём перевода
её в дискретную форму с помощью аппроксимации Тустена и последующей записи
разностного уравнения .
В схеме изображённой на
рис.13 сигнал , поступающий в АЦП (аналого-цифровой преобразователь)
преобразуется из аналоговой формы в цифровую ( дискретную) путём квантования
непрерывной величины по времени ,затем сигнал поступает в D(z) (цифровая вычислительная машина),где производятся
вычисления согласно разностному уравнению , после чего сигнал поступает в ЦАП (
цифровой аналоговый преобразователь), где преобразуется из цифровой в
аналоговую форму
Период дискретности
примем равным 0,0008с., т.е. Тs=0,0008
c.
>>
Wk=tf([0.563479,2.21897,2.02],[0.0016,1,0])
>>
W=filt([282.2,-563.5,281.3],[1,-1.6,0.6],0.0008)
Получили передаточную
функцию цифрового регулятора :
Теперь можно записать
разностное уравнение в общем виде:
Данное уравнение
реализуется в виде компьютерной программы , и используется для управления
цифровым контроллером ,который в свою очередь реализует коррекцию системы.
В результате выполнения курсовой работы была выполнена задача
синтеза корректирующего звена для исходной САР.
Для этого были решены следующие задачи: построена структурная
схема нескорректированной системы и определены передаточные функции её звеньев,
произведена оценка точности и анализ качества исходной системы (запаса
устойчивости и быстродействия) с использованием пакета Control System Toolbox.
Также была построена желаемая ЛАЧХ, определены желаемые
передаточные функции разомкнутой и замкнутой систем, после чего была произведена
оценка показателей качества желаемой системы с использованием математического
пакета MATLAB и синтез последовательного корректирующего устройства
(регулятора), реализация корректирующего устройства в виде аналогового
(активная и пассивная коррекции) и цифрового регуляторов , а также построение и
описание функциональной схемы скорректированной системы (с приведением
параметров САР и её показателей качества).
Физическая схема скорректированной САР приведена на рис. 22.
Спроектированная система автоматического регулирования устойчива и
обладает показателями качества ,соответствующими требуемым в задании
:перерегулирование 4 % .
1. Бесекерский В.А.,
Попов Е.П. Теория автоматического управления - Изд.. 4-е, перераб. И доп. -
СПб, Изд-во «Профессия», 2003
2. Ерофеев А.А. Теория
автоматического управления: Учебник для втузов. -2-е изд., перераб. И доп. -
СПб.: Политехника, 2003. - 302с: ил.
3. Синтез следящей
системы автоматического управления: Метод. Указания к курсовой работе. Сост.
В.И. Будин, О.Б. Сигова, - Самара, СамГТУ, 2003.-20с.
4. Медведев В.С„ Потёмкин В.Т.Control System Toolbox. Matlab5 для студентов. - М.:
ДИАЛОГ - МИФИ, 1999. - 287 с.
5. Лазарев Ю. Ф. Matlab5. х. - К.: Издательская
группа ВНV,
2000. - 384с.
6. Дьяконов В.П. Simulink 4. Специальный
справочник. - СПб: Питер, 2002. - 528с: ил.
7. Макаров И.М ., Менский Б.М. Линейные автоматические
системы(справочный материал) -2-е изд., -М.: Машиностроение , 1982.-504с.,ил.
8. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.1. Линейные
системы.-
Похожие работы на - Система автоматического регулирования давления в ресивере Курсовая работа (т). Технология машиностроения.
Реферат: Товаропроводящая система (ТПС)
Сочинение Огэ 2022 Года Темы
Реферат На Тему Вклад И.Г. Песталоцци В Развитие И Становление Педагогической Мысли
Эссе На Тему Стандарты
Курсовая работа по теме Денежно-кредитная политика Республики Беларусь
Реферат по теме Ураження сильнодіючими отруйними речовинами
Реферат по теме Неофрейдистские концепции
Основная Мысль Сочинение О Догадливом Рыбаке
Характеристика Уральского региона
Реферат: ArthurS Journey To Self Discovery Essay Research
План Сочинения Моя Семья
Диссертация На Тему Эволюция Договорного Регулирования Социально-Трудовых Отношений: Социальное Партнерство
Философия Древней Индии Реферат Кратко
Диссертации Экономическая Безопасность
Реферат: История великих побед русской армии и флота: дни воинской славы России
Контрольная Работа На Тему Особенности Размещения Отраслей И Экономико-Географическая Характеристика Экономических Районов Рф
В Чем Заключается Смысл Жизни Сочинение Аргументы
Какие Нравственные Уроки Повесть Бедная Лиза Сочинение
Реферат: Auto Industry Essay Research Paper There is
Эссе О Воспитывающем Значении Мультфильма Кинофильма Книги
Статья: Низкорослость в детском возрасте
Похожие работы на - Паевые инвестиционные фонды как институт развития рыночной инфраструктуры в условиях российской экономики
Похожие работы на - Особенности возникновения и развития СЭЗ в Китае