Задание

Выполнить динамический расчет системы автоматического управления. Исходные данные для расчета приведены в следующем разделе. Для каждого варианта конкретные числовые значения определяются из таблиц для соответствующего номера строки.

Основные этапы работы

1. Анализ исходных данных.

2. Описание работы системы.

3. Составление структурной схемы системы.

4. Определение передаточных функций звеньев.

5. Определение передаточных функций системы.

6. Синтез корректирующих звеньев.

7. Анализ нелинейного контура регулятора напряжения (тока).

8. Определение показателей качества исходной и синтезированной системы методом моделирования.

1. Исходные данные

1.1. Назначение

Система автоматического управления (далее по тексту САУ, или «система») предназначена для линейного перемещения горизонтального стола применительно к станкам фрезерной или координатно-расточной групп.

1.2. Состав сау

Блок-схема системы автоматического управления приведена на рис. 1, а комбинированная схема силовой части - на рис. 2. САУ построена как система подчиненного регулирования, выполненная по контурам 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 (тока);

ТП - транзисторный (тиристорный) преобразователь;

М - исполнительный двигатель;

Р1 - механический редуктор силовой;

МП - механическая передача (шариковинтовая передача (ШВП));

Н - нагрузка (стол с деталью);

ДН, У - датчик напряжения, усилитель;

ТГ - тахогенератор;

Р2 - механический редуктор, приборный;

ДОС - датчик обратной связи;

ВТ - вращающийся трансформатор;

ПФН - преобразователь фаза-напряжение;

U₁, U₂ ,U₃ , U_Я - промежуточные координаты (управляющие напряжения соответственно РС, РН, ТП, ИД);

j_Д, j₁, j₂ - промежуточные координаты (угол поворота соответственно ИД, ШВП, ВТ);

, - выходное напряжение, соответственно, ТГ и ВТ.

Рис. 1. Блок-схема системы автоматического управления.

Рис. 2. Комбинированная схема силовой части САУ

1.3. Характеристики системы автоматического управления

1.3.1. Параметры управляющего воздействия, динамические характеристики САУ:

Динамические характеристики и показатели качества САУ:

Максимальная скорость V_МАКС, м/мин…………………………………… 15

Кинетическая ошибка , мм………………………………………..…….2

Перерегулирование , %<…………………………………………………35

Время переходного процесса t_ПП,с……………………………………... 0,075

Число перерегулировании n………………………………………………………….3

1.3.2.Параметры кинематической схемы:

Максимальное перемещение Х_мах, мм………………………………….……..250

Шаг винта ШВП g, мм…………………………………………………….……6

Цена оборота ДОС b, мм……………………………………………………….1

Цена импульса D, мм………………………………………………….............0,001

1.3.3. Характеристики исполнительного двигателя.

Параметры исполнительного двигателя:

Р, кВт…………………………………………………………………………..1,0

n, об/мин……………………………………………………………………….2000

U_Я, В…………………………………………………………………….……..110

I_Я, А………………………………………………………………………...…..9,1

R_Я, Ом………………………………………………………………….………1,45

L_Я, мГн,…………………….………………………………………………..… 2,1

J_Я,кг×м²…………………………………………………………………...........0,87·10^-3

1.3.4. Тип и параметры силового преобразователя.

Тип и параметры преобразователя:

f, Гц,n………………………….... ………………………………………………..1 000

U_У, В……………………………………………………………………………5

R_ТП, Ом………………………………………………………………….……..0,35

L_ТП, мГн………………………………………………………………….…….1,8

1.3.5. Вид и параметры регуляторов контуров.

Вид регуляторов контуров: положения (РП), скорости (РС), напряжения (РН):

РП……………………………………... П; К=2

РС……………………………………… П; К=4

РН…………………………………….. ПИ, 0,04

1.3.6. Статические характеристики нелинейных элементов в контуре регулятора напряжения:

Рис. 3. Характеристика нелинейных элементов: в - ограничение с зоной нечувствительности

Параметры нелинейных элементов (НЭ):

Вид НЭ………………………………………………………………… Рис. 3,в

а ₁ ………………………………………………………………………………………..0,1

а ₂…………………………………………………………………………………….….0,7

В……………………………………………………………………………………..…. 0,6