EMS

1

Лекция №1

Курс посвящен вопросам проектирования электромеханических систем. Системы с электрическими исполнительными двигателями занимают лидирующее положения среди большого многообразия систем автоматического управления. Среди этих систем большую часть составляют «следящие системы» или «servo systems». Именно для них разработаны

различные методики проектирования, так как объектом управления в следящих системах является нагруженный исполнительный двигатель, а для

различных типов применяемых двигателей имеется достаточно полное математическое описания их динамики.

Литература:

Технические средства автоматизации и управления: учебник для академического бакалавриата. / отв. ред. О. С. Колосов. — М.: Издательство Юрайт, 2016. — 291 с. — Серия: Бакалавр. Академический курс.

Обобщенная функциональная схема следящей системы.

Следящая система – это САУ, в которой управляемая величина воспроизводит произвольно меняющееся задающее воздействие.

Функциональной называется такая схема, в которой каждому элементу структуры соответствует некоторый физический элемент.

Задающее устройство это может быть цифровое управляющее устройство (микропроцессорный контроллер робота), а может быть и оператор.

В курсе в рамках курсового проекта проектируется угловая следящая система, у которой задающее устройство задает аналоговый сигнал (например, оператор, поворачивающий сельсин – датчик на определенный

угол, который следящая система должна отработать. Здесь чаще всего следящая система выполняет роль «усилителя мощности».

2

Классификация следящих систем

1.По области применения:

1)наземные

2)корабельные

3)бортовые

4)промышленные

2.По характеру передаваемого сигнала:

1)непрерывные (аналоговые)

2)с использованием модулированных сигналов

3)импульсные

4)релейные

5)цифровые

3.По принципу действия:

1)позиционные

2)скоростные

3)комбинированные

4.По принципу построения:

1)одноканальные

2)многоканальные

5.По типу исполнительного двигателя

1)с электродвигателем

2)с гидравлическим двигателем 3)с пневматическим двигателем

3

Используемые физические величины и их размерности

На рисунке показан математический маятник с точечной массой m, для

которого момент инерции определяется как:

J mr 2

Проектирование ведется с физическими величинами в системе единиц СИ. В справочной литературе часто используются другие системы единиц,

поэтому надо быть внимательными, чтобы не получить «фантастических» результатов.

4

Техническое задание для проектирования системы (ТЗ)

ТЗ задает ряд требований к конструкции проектируемой системы, условия и ограничения на ее функционирование

1.Требования на режимы работы вала нагрузки (параметры нагрузки).

2.Ошибки (погрешности) при отработке типовых воздействий.

3.Качество переходных процессов.

4.Требования к исполнительному двигателю.

5.Дополнительные условия.

Рассмотрим подробнее 1 пункт ТЗ Характеристика нагрузки задается через J н и M н

1.M дин J н - динамический момент проявляется при ускорениях и

торможениях нагрузки.

2. M тр - момент сил сухого трения

M тр M тр sign( )

3.Момент небаланса

6

Пусть

(t) Am sin t

max

max

Рассмотрим требования ТЗ к качеству переходного процесса и к ошибкам системы при отработке типовых входных воздействий (2 и 3 пункты ТЗ)

Качество переходного процесса при отработке скачка по углу на входе.

Здесь оговариваются: перерегулирование в процентах и время регулирования (вход процесса в 5% зону от установившегося значения).

вх (t) 10 (t) вх

7

hmax hуст 100% 15%

hуст

Кинетическая ошибка

Ошибка системы при отработке сигнала равномерной заводки.

Динамическая ошибка

Ошибка системы при отработке синусоидального входного сигнала.

Здесь речь идет об амплитудном значении ошибки

1 Этап. Выбор двигателя и расчет редуктора

1.1 Предварительный выбор двигателя осуществляют по оценке

требуемой мощности, используя следующие соотношения:

Исходя из этих 3 формул, делаем предварительный выбор двигателя так, чтобы мощность выбираемого двигателя оказалась внутри диапазона мощностей, полученных по приведенным выше зависимостям.

Выбрав двигатель, из паспортных данных на него получаем его собственные параметры, которые используются для продолжения расчетов.

1.2 Расчет силового редуктора для систем с двигателем

постоянного тока.

Силовой редуктор (далее – редуктор) – устройство согласования нагрузки и двигателя.

Произведем оценку передаточного числа редуктора

всегда, т.е. в следящих системах не бывает повышающих силовых редукторов.

k ред 1 1

i

Возьмем идеальный редуктор. У него КПД 1

Оценка передаточного числа чаще всего совершается путем приведения моментов, действующих на валу нагрузки к валу двигателя.

Момент со стороны нагрузки:

двигателя.

На самом деле на валу двигателя есть еще целый ряд моментов, которые необходимо учитывать.

,

где J p - приведенный к валу двигателя момент инерции самого редуктора.

J дв и М - момент инерции ротора двигателя и момент собственных потерь двигателя – соответственно. J тг - момент инерции тахогенератора,

соединенного с валом двигателя.

На начальном этапе примем: J p' 0 и Jтг 0