Курсовая работа: Расчет линейных систем автоматического управления

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................ 3

1 ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА.................................. 6

2 РАСЧЁТ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ........................................................................ 7

2.1 Разработка функциональной схемы................................................................. 7

2.2 Выбор исполнительного двигателя.................................................................. 7

2.3 Выбор усилителя мощности........................................................................... 12

3 СОСТАВЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ 14

3.1 Исполнительный двигатель............................................................................. 14

3.2 Электромашинный усилитель......................................................................... 15

3.3. Усилитель........................................................................................................ 16

3.4 Фазовый детектор............................................................................................ 17

3.5 Измерительное устройство............................................................................. 17

3.6 Редуктор.......................................................................................................... 17

4 СИНТЕЗ КОРРЕКТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА............................................. 20

4.1 Построение ЛАЧХ нескорректированной системы....................................... 20

4.2 Построение запретной области для желаемой ЛАЧХ................................... 21

4.3 Построение желаемой ЛАЧХ.......................................................................... 22

4.4 Получение передаточной функции КУ........................................................... 23

5 МОДЕЛИРОВАНИЕ СКОРРЕКТИРОВАННОЙ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ.... 25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................ 28

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................ 29

ВВЕДЕНИЕ

Цель курсового проекта – получить навыки расчета линейных систем автоматического управления.

В соответствии с заданием необходимо разработать следящую систему, удовлетворяющую определенным техническим условиям. Система должна обеспечивать синхронное и синфазное вращение двух осей, механически не связанных между собой. Входом системы является угол поворота сельсина-датчика, а выходом – угол поворота выходного вала редуктора, механически связанного с рабочим механизмом и с ротором сельсина-приемника.

Следящие системы рассматриваемого типа широко применяются для дистанционного управления различными механизмами, а также при построении автоматических систем управления в различных отраслях промышленности.

Для обеспечения заданных показателей качества переходного процесса в систему вводится корректирующее звено. Расчет корректирующего звена проводится методом логарифмических частотных характеристик.

В проектируемой следящей системе в качестве исполнительного двигателя (Д) используется двигатель постоянного тока серии МИ, в качестве усилителя мощности – электромашинный усилитель с поперечным полем (ЭМУ).

Измерительным устройством (ИУ) является сельсинная пара: сельсин-датчик и сельсин-трансформатор (приемник). Так как измерительное устройство работает на переменном токе, а усилитель мощности и исполнительный двигатель – на постоянном токе, то после измерительного устройства включен фазовый детектор (ФД). Кроме указанных элементов в функциональную схему входят корректирующее устройство (КУ), усилитель напряжения (У), редуктор (Р), посредством которого исполнительный двигатель соединяется с объектом управления и ротором сельсина-трансформатора, и объект управления (ИМ). Функциональная схема цифровой следящей системы приведена на рисунке 1

Рисунок 1 – Функциональная схема цифровой следящей системы

Задающим воздействием в схеме является угол поворота ротора сельсина-датчика , регулируемой координатой − угол поворота выходного вала редуктора , который измеряется сельсином-приемником.

Сельсинная пара включены по трансформаторной схеме, которая позволяет формировать сигнал рассогласования =-, который преобразуется в переменное напряжение. Фаза переменного напряжения пропорциональна величине ошибки и содержит также информацию о знаке сигнала ошибки.

Переменное напряжение подается на ФД, который преобразует переменное напряжение в постоянное напряжение. Величина постоянного напряжения пропорциональна , а его полярность определяется знаком .

Постоянное напряжение усиливается с помощью У и ЭМУ и подается на якорную обмотку Д. Под действием якорного напряжения Д вращается с определенной скоростью в ту или иную сторону в зависимости от знака напряжения якоря.

Редуктор Р в следящих системах обычно существенно понижает обороты, т.е. его коэффициент передачи значительно меньше единицы. В данной системе объектом управления по существу является двигатель с редуктором, т.к. обратная связь организована по положению вала Р. Однако с учетом того, что ИМ жестко связан с валом Р можно считать, что объектом управления является система Д–ИМ.

Принцип действия системы заключается в следующем. Предположим, что в начальный момент времени система находится в установившемся режиме. Углы поворотов входной и выходной осей равны, сигнал ошибки равен 0, постоянные напряжения равны 0, якорь двигателя не вращается.

При повороте вала сельсин-датчика на некоторый угол в ту или иную сторону возникнет рассогласование =-, появятся соответствующие напряжения, включая напряжение на якоре двигателе Д. Последний начнет вращаться вместе с Р и сельсин-приёмником в том же направлении, что и сельсин-датчик. Как только выполнится условие = двигатель Д и редуктор Р остановятся.

1 ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Цель проекта – разработка следящей системы, удовлетворяющей заданным техническим условиям.

Измерительное устройство – сельсинная пара.

Исполнительный двигатель – двигатель постоянного тока серии МИ.

Усилитель мощности – электромашинный усилитель с поперечным полем.

Исходные данные для проектирования системы (таблица 1):

- статический момент нагрузки объекта управления – , Н·м;

- момент инерции объекта управления – , кг·м²;

- максимальная угловая скорость объекта управления – , с^-1;

- максимальное угловое ускорение объекта управления – , с^-2;

Требования, предъявляемые к качеству процесса управления:

- максимальное перерегулирование – , %;

- время регулирования – , с;

- максимальная кинетическая ошибка – , рад.

Таблица 1 – Исходные данные для проектирования следящей системы

Время регулирования выбирать равным 2,0; 2,5 и 3,0 с.