Министерство науки образования
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
САНКТ- ПЕТЕРБУРГСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ МИНЕРАЛЬНО – СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра автоматизации технологических и производственных процессов
Курсовой проект по дисциплине
Теория автоматического управления
Выполнил студент 3 курса Жуков К.М.
Группа 220301.65 СК
Шифр 0804030065
Вариант № 11
Проверил: Кожевников Е.А.
Санкт-Петербург
2012
Содержание
1. Техническое задание
2. Выбор силовых элементов следящей системы
2.1 Выбор электродвигателя
2.2 Выбор преобразователя
2.3 Выбор трансформатора
2.4 Выбор дросселя
2.5 Вычисление коэффициентов передач и постоянных времени двигателя
2.6 Расчет коэффициента передачи тиристорного
преобразователя
2. Синтез регуляторов следящей системы
2.1 Построение структурной схемы СС
2.1.1 Выбор и расчет элементов системы управления в контуре тока
2.1.2 Выбор и расчет элементов системы управления в контуре скорости
2.1.3 Определение структуры и параметров регулятора контура положения
2.1.4 Принципиальная схема регулятора
3. Оценка качества спроектированной системы
Техническое задание
Произвести проектирование системы управления следящим электроприводом постоянного тока. Данные для расчетов взять из таблицы 1. В процессе проектирования необходимо выполнить расчеты и выбор элементов силовой части привода, обратных связей и регуляторов и определить настройки последних; составить структурную и принципиальную схемы системы и ее математическое описание. С помощью логарифмических амплитудных частотных характеристик определить тип регулятора положения и его параметры.
Методом моделирования провести исследование точности слежения и динамических свойств, спроектированной системы.
Исходные данные
=
4,8 *
=
3.01 *
=
0,34
=
1,07
=
655
зад
= 25%
Общие для всех вариантов данные. Коэффициент соотношения масс для четных номеров γ=2.
Максимальное
угловое ускорение
=0.5.
На риc. 1 приведена структурная схема следящего электропривода, для которого необходимо определить структуру и параметры регулятора положения , выяснить пределы изменения его коэффициента передачи, удовлетворяющие требованиям задания.
Рис. 1 Функциональная схема следящего привода
В схеме приняты следующие обозначения: РП, РС, РТ –соответственно регулятор положения; ТП – тиристорный преобразователь; ЯЦ – якорная цепь двигателя; ЭМЗ – якорная цепь двигателя; РЕД – редуктор; ДП, ДС, ДТ – соответственно датчик положения, скорости и тока
2. Выбор силовых элементов следящей системы
2.1 Выбор электродвигателя
Выбор двигателя осуществляется исходя из технического задания на проектирование ЭМС по ряду параметров.Произведем их расчет.
Расчет
требуемой мощности электродвигателя
можно ориентировочно выполнить по
формуле
выполнить по формуле
КЗ= 1.2 -:- 2.5 – коэффициент, учитывающий требование к динамическим характеристикам электропривода (меньшему времени переходного процесса соответствует большее значение коэффициента). При расчетах предварительное значение КЗвыбрать 1.7…1.8.
P≈1.7 * 655* 1,07 = 1,191кВт
По таблице 2 быбираем тип двигателя:
Это будет тип двигателя 4ПБМ112LO4 со следующими параметрами:
=
1,28 кВт
= 1500 об/мин
= 8,12 Н∙м
=
14,2 А
=
110 В
=
0,234 Ом
=
0,0098 кг∙
КПД = 76 %
=
2
Все двигатели имеют две пары полюсов.
Из условия согласования двигателя и объекта управления по угловой скорости определяется передаточное число редуктора: i = ωн / ωmax (1)
где ωн - номинальная угловая скорость двигателя ωн=2πnн/60
=
(2∙3,14∙1500)/60
= 157 об/мин
I = 157/1,07 =146,72
Д
ля
проверки выбранного двигателя определим
эквивалентный момент:
моменты инерции двигателя Jд и редуктора Jр (момент инерции первой массы)
Момент инерции редуктора ориентировочно принять Jр = 0.1 Jд
=
+
= 0,1 ∙ 0,0098
+0,0098 = 0,01078 кг∙
- момент инерции двигателя
- момент инерции редуктора
Найдем
приведенный момент инерции механизма
(момент инерции второй массы);
= ∙ (ϒ-1) = 0,01078 ∙ (2-1) = 0,01078 кг∙
Найдем
суммарный момент инерции кинематической
передачи
= + = 0,01078 + 0,01078 = 0,02156 кг∙
Найдем
приведенный момент сопротивления
нагрузки
ηр = 0.9…..0.94 – КПД редуктора.
=
=
= 4,01 Н∙м
=
0.1Мдн
– момент сухого трения;
-
номинальный момент двигателя;
= 8,12 ∙ 0,1 = 0,812 Н∙м
=
=
4,95 Н∙м
Выбранный электродвигатель должен удовлетворять условиям:
<
и
/
<
где – максимальный момент сопротивления нагрузки, приведенный к валу двигателя
=
i
+
+
= 0,02156
∙ 146,72 ∙ 0,5 +
= 6,4
- коэффициент перегрузки двигателя по пусковому моменту, который определяется из технических данных двигателя = 2
4,95
Н∙м<
8,12 Н∙м и
<
2
В результате проверок двигателя по моменту видно, что он не перегружен. Следовательно, тип двигателя 4ПБМ112LO4выбран правильно.
В следящем электроприводе при выборе двигателя необходимо проверять его соответствие оптимальному передаточному числу редуктора, определяемому из условия минимума эквивалентного момента dMэ / di = 0:
=
=
)
= 35,56
Если фактическое передаточное число редуктора, определяемое по (1), отличается от оптимального числа более чем на 30%, то необходимо выбрать другой двигатель такой же мощности, но с меньшей номинальной угловой скоростью.
В данном курсовом проекте следует только констатировать факт необходимости выбора другого двигателя, дальнейшие же расчеты продолжить с выбранным двигателем.
Активное сопротивление якорной цепи двигателя необходимо принимать в нагретом состоянииRд = Rд20оС (1 + αдΔtо),
Rд = 0,234 (1 + 0,004*70) = 0,3 Ом
где αд =0.004 Ом/град - температурный коэффициент обмоток двигателя;
Δtо = tро -20о ( tро - расчетная температура нагрева обмоток двигателя).
Δtо = tро -20о = 90 – 20 = 700 С
Индуктивность якорной (роторной) обмотки двигателя можно определить на основе его паспортных данных
=
∙
или приближенно по формуле Линвиля – Уманского
где = 14,2 А – номинальный ток якорной обмотки;
pn =2 - число пар полюсов, дано по условию
kК - коэффициент компенсации (при наличии компенсационной обмотки kК = 0.25…0.3.
=
=
Гн = 6,1 мГн