lektsii_EMS
.pdf
|
1 |
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ |
|
«ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ» |
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ЛЕКЦИЯ №1....................................................................................................................................................... |
3 |
ЛИТЕРАТУРА ПО КУРСУ:..................................................................................................................................... |
3 |
ОБОБЩЕННАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ............................................ |
4 |
КЛАССИФИКАЦИЯ СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМ .............................................................................................................. |
4 |
ЛЕКЦИЯ №2....................................................................................................................................................... |
5 |
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ РАЗМЕРНОСТИ........................................................................... |
5 |
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ (ТЗ)......................................................................... |
6 |
Качество переходного процесса при отработке скачка по углу на входе.................................................. |
8 |
Кинетическая ошибка.................................................................................................................................. |
9 |
Динамическая ошибка................................................................................................................................ |
10 |
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ............................................................................ |
10 |
ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ И РАСЧЕТ РЕДУКТОРА......................................................................................................... |
11 |
ЛЕКЦИЯ №3..................................................................................................................................................... |
11 |
РАСЧЕТ СИЛОВОГО РЕДУКТОРА ДЛЯ СИСТЕМ С ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА. .......................................... |
11 |
ЛЕКЦИЯ №4..................................................................................................................................................... |
16 |
ВЫБОР ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА РЕДУКТОРА ДЛЯ АСИНХРОННОГО ДВУХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ.......................... |
19 |
РАСЧЕТ РЕДУКТОРА С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ КОЛЕСАМИ..................................................................................... |
21 |
ЛЕКЦИЯ №5..................................................................................................................................................... |
23 |
РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ ДВИГАТЕЛЯ И ЕГО СТРУКТУРНАЯ СХЕМА .................................................... |
25 |
ЛЕКЦИЯ №6..................................................................................................................................................... |
26 |
УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ.................................................................................................................................. |
27 |
Усилители мощности для двигателей постоянного тока ....................................................................... |
27 |
Усилитель мощности с ШИМ-модуляцией............................................................................................... |
27 |
Силовая часть усилителя мощности........................................................................................................ |
28 |
Блок управления.......................................................................................................................................... |
30 |
ЛЕКЦИЯ №7..................................................................................................................................................... |
31 |
ЛЕКЦИЯ №8..................................................................................................................................................... |
35 |
УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ДЛЯ АСИНХРОННОГО ДВУХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ ....................................................... |
35 |
ЛЕКЦИЯ №9..................................................................................................................................................... |
39 |
ОЦЕНКА ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ (ПФ)РАЗОМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ................................................................. |
42 |
ЛЕКЦИЯ №10................................................................................................................................................... |
42 |
ЛЕКЦИЯ №11................................................................................................................................................... |
46 |
КОРРЕКЦИЯ ГОС.............................................................................................................................................. |
46 |
ЛЕКЦИЯ №12................................................................................................................................................... |
51 |
КОРРЕКЦИЯ ЖОС ............................................................................................................................................ |
51 |
УПУСИСТЕМЫ С ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА. ...................................................................................... |
54 |
ЛЕКЦИЯ №13................................................................................................................................................... |
56 |
|
2 |
УПУСИСТЕМЫ С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ............................................................................................... |
57 |
ВЛИЯНИЕ НЕЛИНЕЙНОСТЕЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ И КАЧЕСТВО СС...................................................................... |
59 |
ЛЕКЦИЯ №14................................................................................................................................................... |
61 |
3
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 по курсу:
а) основная литература:
1.Электронный конспект лекций по курсу "Электромеханические системы" – М.: МЭИ, 2008.
2.Следящие приводы: В 3 т. /Под.ред. Б.К. Чемоданова. Т. 1.: Теория и проектирование следящих приводов/ - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.
Баумана. 1999. – 904 с.
3.Смирнова В.И., Петров Ю.А., Разинцев В.А. Основы проектирования и расчета следящих систем. М.: Машиностроение. 1983. – 295 с.
б) дополнительная литература:
1.Электрооборудование летательных аппаратов: учебник для вузов. В
двух томах / Под ред. С.А.Грузкова. – М.:Издательский дом МЭИ.
Т.2. 2008. - 552 с.
2.Кузнецов В.Ф, Электромеханические системы. М.:Горное образование. 2008. - 119 с.
4
3.Любая более «старая» литература, в которой в названии есть слова
«следящие системы» и в авторах: Бесекерский В.А., Ахметжанов А.А., Васильев Д.В. Попков С.Л.
4. Электронный конспект лекций по |
курсу "Элементы систем |
управления" – М.: МЭИ, 2008.
Обобщенная функциональная схема следящей системы.
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»..
Классификация следящих систем
1.По области применения:
1)наземные
2)корабельные
3)бортовые
4)промышленные
2.По характеру передаваемого сигнала:
5
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
Лекция №2
Используемые физические величины и их размерности
На рисунке показан математический маятник с точечной массой m, для которого момент инерции определяется как:
J mr2
Физическая величина |
размерность |
обозначение |
напряжение |
[В] |
U |
ток |
[А] |
I |
сопротивление |
[Ом, кОм] |
R |
масса |
[Кг] |
m |
ускорение |
[м с2 ] |
a |
6
скорость |
[м/с] |
|
v |
|
длина |
[м] |
|
l |
|
сила |
[Н] ( |
кг м |
) |
F |
|
с2 |
|
||
момент |
[H м] |
|
M |
|
момент инерции |
[кг м2 ] |
|
J |
|
мощность |
[Вт] |
|
P=UI, P=M |
|
угол |
[рад] |
|
|
|
угловая скорость |
[рад/с] |
|
|
|
угловое ускорение |
[рад с2 ] |
|
|
|
ускорение свободного |
[9,81 м с2 ] |
g |
||
педения |
|
|
|
|
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
!
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
Характеристика нагрузки задается через Jн и Mн
1.Mдин Jн -динамический момент проявляется при ускорениях и
томожении нагрузки.
2. Mтр - момент сил сухого трения
Mтр Mтр sign( )
7
3.Момент небаланса
4. Момент вязкого трения
MMтр
5.Вентиляционный момент
M Mв 2sign
Все перечисленные моменты в разных сочетаниях могут присутствовать в описании движения нагрузки. При этом динамический момент присутствует всегда.
При описании движения нагрузки обычно задают: максимальны значения
угловой скорости Н |
и максимальное значение углового ускорения Н , |
max |
max |
каждые из которых достигают своих значений в момент равенства нулю другого.
8
В ТЗ обычно оговариваются параметры системы при отработке типовых входных воздействий.
1. |
Скачок по углу вх (t) 10(t) вх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2. |
Равномерная заводка |
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|||
вх |
(t) 1 (t) |
вх |
t |
|
(p) |
max |
|||||||||
вх |
|
2 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
p |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
|
|
|
3. |
Синусоидальная заводка вх (t) Am sin t |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Am и - параметры эквивалентной синусоиды, определяются с |
||||||||||||||
|
помощью н |
|
и н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(t) Am sin t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Am н |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
(t) Am cos t |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(t) A |
2 sin t |
A 2 |
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
m |
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
Am н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
т.е. |
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A 2 |
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н
max
н
max
н2
Am max
н
max
Рассмотрим требования ТЗ к качеству переходного процесса и к ошибкам системы при отработке типовых входных воздействий.
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).
9
вх (t) 10(t) вх
h h
max уст 100% 15%
hуст
Кинетическая ошибка
Ошибка системы при отработке сигнала равномерной заводки.
10
Динамическая ошибка
Ошибка системы при отработке синусоидального входного сигнала.
Здесь речь идет об амплитудном значении ошибки
Основные этапы проектирование следящей системы
Эти этапы и очередность их прохождения показаны на рисунке
1.Первый этап - выбор двигателя и расчет редуктора.
1.1.Предварительный выбор двигателя.
1.2.Расчет редуктора.
1.3.Проверка пригодности двигателя с редуктором.