Н ИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

Факультет ФАЭ .

Кафедра ЭПА .

Группа 97- .

Дата защиты “ “ 2000 г.

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Электропривод и автоматизация промышленных установок

Заведующий кафедрой

.

(подпись) (фамилия, и., о.)

.

(дата)

Стабилизированный источник питания

(наименование темы проекта или работы)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

(вид документа)

Руководитель

Шахов А.В.

(подпись) (фамилия, и., о.)

(дата)

Студент

.

(подпись) (фамилия, и., о.)

(дата) 97-ЭА .

(группа или шифр)

Работа защищена (дата)

Протокол № .

С оценкой .

2000 г.

Содержание

Постановка задачи 2

1. Принцип построения, функциональная схема, работа

системы при изменениях задающего и возмущающих

воздействий. 7

2. Линеаризация уравнений преобразователя и

сглаживающего фильтра для малых отклонений

от номинального режима. 9

3. Структурная схема САР. 11

4. Передаточные функции системы. 14

5. Определение установившейся ошибки системы. 15

6. Коэффициенты усиления усилителя и разомкнутой

системы. 16

7. Логарифмические амплитудные и частотные

характеристики. 17

8. Синтез корректирующего устройства. 19

9. Расчет переходных процессов. 22

Литература 29

КР – НГТУ – 1806 - (97-ЭА) – 1-8-00

Изм Лист № докум. Подпись Дата

Разраб. . Лит. Лист Листов

Пров. Шахов А.В. Пояснительная записка 2 29

к курсовой работе

Н.Контр

Утв.

Постановка задачи

Источник предназначен для питания электрической нагрузки (Н) стабилизированным напряжением постоянного тока независимо от колебаний напряжения питающей сети и изменения сопротивле­ния нагрузки. Источник содержит (рис.1) полупроводниковый преобразователь (II), выходной сглаживающий фильтр (Ф); усилитель (У), дат­чик выходного напряжения (ДН), задающий потенциометр (ЗП).

Уравнения динамики элементов системы записываются следующим образом:

а) датчик напряжения

б) сравнивающее устройство

в) усилитель

г) преобразователь

д) выходной сглаживающий фильтр

где U_З(t), U_ДН(t), U_У(t), U_П(t) - выходные напряжения задающего устройства, датчика напряжения, усилителя и преобразователя, со­ответственно;

U_P(t) - напряжение рассогласования;

U_C(t) - напряжение питающей сети;

U(t) – напряжение на нагрузке;

R(t) - сопротивление нагрузки;

k_ДН, k_У, k_П - коэффициенты передачи соответственно датчика напря­жения, усилителя, преобразователя;

T_ДН, Т_П - постоянные времени датчика напряжения и преобразователя;

R_П - эквивалентное внутреннее сопротивление преобразователя;

L_Ф, С_Ф – индуктивность и емкость сглаживающего фильтра.

Численные значения параметров уравнений определяются по дан­ным таблицы.

Задание

1. Определить принцип построения системы. Составить функциональ­ную схему и показать ее взаимосвязь с принципиальной схемой. Дать краткое описание работы системы при изменениях задающего и возмущающих воздействий.

2. Составить линеаризованные уравнения преобразователя и сглаживающего фильтра для малых отклонений от номинального режима. Определить неизвестные параметры по уравнениям статики в номинальном режиме.

3. Записать дифференциальные уравнения звеньев системы в отклоне­ниях и затем в операторной форме при нулевых начальных усло­виях. Найти передаточные функции звеньев, составить структур­ную схему системы (структурную схему привести к одноконтурно­му виду с единичной обратной связью).

4. Определить по структурной схеме передаточную функцию разомкну­той системы и шесть передаточных функций замкнутой системы: для регулируемой величины и для ошибки по задающему напряжению, сопротивлению нагрузки и по напряжению питающей сети.

5. Используя операторные уравнения замкнутой системы для регули­руемой величины и ошибки, определить, является система стати­ческой или астатической.

6. Определить требуемый коэффициент усиления разомкнутой системы (К) и усилителя (К_У) по заданным значениям отклонений напря­жения сети (U_C), сопротивления нагрузки (R) и соответствую­щей величине отклонения напряжения на нагрузке (U) в замкну­той системе.

7. Построить логарифмические амплитудную и фазовую частотные ха­рактеристики разомкнутой системы. Проанализировать устойчивость замкнутой системы по виду JIAЧX и ЛФЧХ.

8. Выполнить синтез корректирующего устройства методом логариф­мических частотных характеристик по заданным времени регулиро­вания (t_P) по задающему воздействию и величине перерегулиро­вания (), не превышающей 20%. Выбрать место включения, схе­му и рассчитать параметры корректирующего устройства.

9. Рассчитать переходные процессы изменения регулируемой величины в скорректированной системе при ступенчатом изменении задающего воздействия U_З = 1 B, а также ступенчатом изменении сопро­тивления нагрузки (нечетные номера вариантов задания) и напря­жения питающей сети U_C (четные номера вариантов) на величины, указанные в таблице. Проверить систему на соответствие требо­ваниям задания.

Примечание: пункт задания 6 выполняется при условии одновременного отклонения напряжения сети и сопротивления нагрузки.

Таблица 1

TП

СФ

LФ

U`УН

ТДН

UСН

КДН

RП

R

UC

U

UH

IH

tP

с

мкФ

Гн

B

с

В

Oм

Ом

В

В

B

A

c

0,01

5000

0,50

11,0

0,0005

380

0,02

0,25

1,0

90

2,5

440

200

1,2

U_УН’, U_СН, U_H, I_H – значения соответствующих переменных в номинальном режиме.

Рис. 1. Стабилизированный источник питания.

1. Принцип построения, функциональная схема, работа системы при изменениях задающего и возмущающих воздействий.

   1. Функциональная схема системы автоматического регулирования.

Построим функциональную схему исходя из следующего:

1. Регулируемой величиной является напряжение на нагрузке.

2. Управляющим воздействием является напряжение U_y, приложенное ко входу преобразователя.

3. Объект регулирования должен быть расположен между точкой приложения управляющего воздействия и регулируемой величиной.

В данной системе объектом регулирования является преобразователь с выходным сглаживающим фильтром. Кроме объекта регулирования, в системе есть автоматический регулятор, состоящий из задающего потенциометра (ЗП), усилителя (У) и датчика напряжения (ДН), включенного в обратную связь по регулируемой величине. К объекту регулирования приложены возмущающие воздействия: напряжение сети U_c и сопротивление нагрузки R.

U_C R

U_З U_P U_У U

У ОР

ДН

Рис. 2. Функциональная схема САР.

2. Принцип построения САР.

Из функциональной схемы видно, что в данной системе имеется отрицательная обратная связь по регулируемой величине, следовательно, в данной системе используется принцип регулирования по отклонению.

3. Работа системы при изменениях задающего и возмущающих воздействий.

1. При увеличении U_З в сравнивающем устройстве увеличивается напряжение рассогласования, что ведет к увеличению напряжения U_У. Это увеличивает напряжение U и, следовательно, напряжение U_ДН. В результате увеличения U_ДН напряжение рассогласования уменьшается до первоначального значения, система стабилизируется.

2. При увеличении U_С увеличивается напряжение на нагрузке U и напряжение на датчике U_ДН. В результате уменьшается напряжение рассогласования, уменьшается U_У, что компенсирует увеличение напряжения U_C.

3. Увеличение сопротивления нагрузки R приведет к уменьшению тока в фильтре i, увеличению напряжения на входе преобразователя и на нагрузке. Напряжение U_У уменьшится, система стабилизируется.

2. Линеаризация уравнений преобразователя и сглаживающего фильтра для малых отклонений от номинального режима.

Уравнения преобразователя и сглаживающего фильтра имеют вид:

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

Для определения неизвестных параметров запишем уравнения (2.1) – (2.4) в номинальном режиме:

(2.5) (2.6) (2.7)

(2.8)

Находим параметры системы:

U_У = 11 В, U_П = 440 В.

Формула линеаризации нелинейных уравнений для малых отклонений от номинального режима имеет вид:

, (2.9)

где , , - значения производных функции f(x, y, z) по соответствующим координатам в номинальном режиме, x = x - x_н, y = y - y_н,

z = z - z_н – отклонения соответствующих координат от номинального режима.

Линеаризуя уравнения (2.1) – (2.4), получим:

(2.10)

(2.11)

(2.12)

(2.13)

3. Структурная схема сар.

   1. Уравнения системы в операторной форме.

Уравнения звеньев системы для малых отклонений от номинального режима:

(3.1)

(3.2)

(3.3)

(3.4)

(3.5)

(3.6)

(3.7)

Перейдем к уравнениям по Лапласа при нулевых начальных условиях:

(3.8)

(3.9)

(3.10)

(3.11)

(3.12)

(3.13)

(3.14)

Преобразовав выражения, получим:

(3.15)

(3.16)

Введем условные обозначения коэффициентов усиления и постоянных времени:

k₁ = k_ПU_СН = 0.12380 = 45,6.

k₂ = k_ПU`_УН = 0.1211 = 1,32.

T₃ = C_ФR_Н; T₃ = 500010^-62,2 = 0,011 c.

c.

.

.

Запишем операторные уравнения с учетом введенных коэффициентов:

; (3.17)

(3.18)

; (3.19)

(3.20)

(3.21)

(3.22)

2. Передаточные функции звеньев.

Запишем уравнения (3.17) – (3.22) как

; (3.23)

(3.24)

; (3.25)

(3.26)

(3.27)

(3.28)

Таким образом, имеем

(3.29)

(3.30)

; (3.31)

(3.32)

(3.33)